Page 123 - 无损检测2022年第五期

院企风采

引入强鲁棒性的状态矩阵与勒让德级数联合法， 反射系数频率谱如图 11 所示；13 层单电池析锂
同时将颗粒的局部电流密度、锂离子扩散过程与 缺陷反射系数角度谱如图 12 所示，反射系数频
诱导扩散应力之间的相互影响（即力化耦合效应） 率谱如图 13 所示。
融合到了多孔电极材料中，并引入增量变形理论
以诠释诱导扩散应力的潜在影响，以此构建完整
的锂离子电池超声导波传播特性理论模型，为复
杂锂离子电池声学特性的数值计算奠定基础。

(a) f=0.8 MHz (b) f=1 MHz

图 10 13 层单电池反射系数角度谱

图 8 多层多孔锂离子电池结构示意

(a) θ=45° (b) θ=60°

图 11 13 层单电池反射系数频率谱

(a) L=1 (b) L=3
图 9 不同层数 L 下孔隙率 n=0.01（Proposed）和无孔
隙率（SVF-LP）时基础模态的相速度
（5）基于超声反射 / 透射特性的锂离子电池
内部析锂缺陷检测研究。充分考虑锂离子电池在 (a) 0%SOC (b) 100%SOC
充电过程中孔隙率变化的情况下，采用传递矩阵 图 12 13 层单电池析锂缺陷反射系数角度谱 (f=0.8 MHz)
法求解锂离子电池的超声波反射 / 透射特性。通
过改变锂离子电池充放电过程中的力学特性参数
模拟锂离子电池的不同充电状态，在 100% SOC

（充电状态）的条件下，锂离子电池的反射 / 透
射系数理论结果与仿真结果高度吻合。结合锂离
子电池的工作原理，在阳极层和隔膜层之间加入
0~15 μm 厚的析锂层来模拟锂离子电池析锂， (a) 0%SOC (b) 100%SOC
建立了析锂厚度与反射透射系数角度谱和频谱之 图 13 13 层单电池析锂缺陷反射系数频率谱 (θ=60° )
间的关系，为估算锂离子电池析锂厚度提供了一
种新方法。在角谱中，随着析锂厚度的增加，峰 （6）风电机组主轴中心孔纵波接收电磁声
值峰谷曲线明显向较小的角度偏移；在频谱中， 换能器研制。对于运行中的风力涡轮机，若主轴
峰值峰谷曲线则随着荷电状态的增加向高频部分 遭受了严重的结构损坏，表面断裂横向裂纹将直
偏移。结果表明，当锂离子电池内部产生不同厚 接威胁到传动系统的安全。该研究提出了一种用
度析锂时，声波入射角度及频率会对反射 / 透射 于接收衍射纵波的电磁声换能器，用于接收风力
系数产生影响，为进一步表征析锂厚度提供了可 发电机主轴中心孔中的衍射纵波，实现对主轴裂
能。13 层单电池反射系数角度谱如图 10 所示， 纹的无损检测。通过实测 45 钢的磁特性曲线（见

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2022 年 第44 卷 第5 期
无损检测