本發(fā)明涉及材料無損檢測，尤其涉及一種新能源汽車電池包的聚氨酯隔熱層測試方法。

背景技術：

1、新能源汽車所使用的動力電池包由多個電池模組以及冷卻系統(tǒng)、外殼等部件共同構成，既要保證電池內(nèi)部在高倍率充電和大功率放電時的散熱需求，又需要在寒冷環(huán)境下快速預熱以維持電池活性。通常會在電芯和外殼之間填充聚氨酯材料做成的隔熱層，一方面利用其優(yōu)異的保溫隔熱特性與阻燃特性，在不同溫度區(qū)間內(nèi)為電池提供穩(wěn)定且安全的熱管理保護；另一方面，聚氨酯隔熱層能夠與金屬外殼或模組緊密貼合，緩沖振動沖擊，減小外力對電芯造成的損傷。然而，隨著車輛使用工況越來越復雜（如高溫快充、低溫高負載運行等），聚氨酯材料在受到熱脹冷縮以及持續(xù)機械應力作用時，容易在局部產(chǎn)生氣泡增大、裂紋擴展或黏結失效等潛在問題，一旦出現(xiàn)嚴重缺陷，將會降低電池包的散熱或保溫效率，甚至引發(fā)更大的安全風險。因此，為了及時掌握聚氨酯隔熱層在不同工況下的實際狀況、避免缺陷的進一步擴散，對聚氨酯隔熱層進行多維度的檢測具有重要意義，既能幫助車輛主機廠或電池廠商在早期階段發(fā)現(xiàn)材料瑕疵，也能為后續(xù)保養(yǎng)維護提供準確的參考依據(jù)。

2、目前常見的聚氨酯檢測方式大多只針對材料發(fā)泡均勻度、硬度或簡單的紅外/超聲掃描，難以在高速充電、持續(xù)放電以及極寒預熱等真實車輛場景中，實時捕捉材料介電性能或力學強度的細微變化。尤其是當聚氨酯泡孔結構在多重耦合應力下發(fā)生演變時，傳統(tǒng)的檢測手段無法在多頻段下同步識別內(nèi)部黏結層的早期裂紋或脫層，也無法對冷卻循環(huán)帶來的局部熱循環(huán)進行精準跟蹤，往往只能依靠靜態(tài)或局部拆解式檢查。因此，一種能夠結合新能源汽車多種復雜工況，并對聚氨酯隔熱層在熱、力、電等多方面性能進行綜合分析的測試技術，正是當前行業(yè)急需的突破點。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有針對新能源汽車電池包中聚氨酯隔熱層的檢測過程中，往往只能在單一工況下通過表面巡檢或簡單的紅外/超聲手段進行粗略評估，難以準確捕捉聚氨酯材料在高溫快充、低溫預熱及高功率放電等多重真實使用場景下所產(chǎn)生的黏結失效、裂紋擴展等隱性缺陷的技術問題。

2、本發(fā)明第一方面提供了一種新能源汽車電池包的聚氨酯隔熱層測試方法，所述新能源汽車電池包的聚氨酯隔熱層測試方法包括：

3、獲取電池包運行工況的初始數(shù)據(jù)，所述初始數(shù)據(jù)包括電池包結構信息、環(huán)境參數(shù)、聚氨酯材料特性信息以及電池管理系統(tǒng)采集的運行數(shù)據(jù)；

4、根據(jù)所述初始數(shù)據(jù)構建場景化數(shù)字環(huán)境和生成多維度數(shù)據(jù)表；

5、根據(jù)所述場景化數(shù)字環(huán)境和多維度數(shù)據(jù)表，對多點電極陣列進行虛擬布設；向虛擬布設的電極對施加預設頻率范圍內(nèi)的測試信號，獲取電極對之間的電勢差、阻抗值及相位差信息；根據(jù)所述電勢差、阻抗值及相位差信息對電極分布進行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的電極陣列布局；

6、根據(jù)所述優(yōu)化后的電極陣列布局，在預設的多個模擬工況下向電極陣列注入多頻段交流信號；采集每個電極對在不同頻段下的阻抗值、相位延遲、諧振特性以及阻抗失配度參數(shù)，同步獲取電池包的瞬態(tài)溫度分布、電壓、電流以及關鍵環(huán)境變量，形成多工況多頻段動態(tài)數(shù)據(jù)集；

7、基于所述多工況多頻段動態(tài)數(shù)據(jù)集，利用包括熱場、力學場和電磁場的多物理場耦合關系，生成聚氨酯隔熱層的綜合特性表征；對所述綜合特性表征進行逐點逐頻率的迭代反演計算，生成具有三維空間分辨率的阻抗分布圖譜；根據(jù)所述阻抗分布圖譜識別異常區(qū)域，確定缺陷位置、類型和程度；

8、根據(jù)所述缺陷位置、類型和程度，對電池包的聚氨酯隔熱層進行分區(qū)評估，劃分缺陷等級；對高于預設等級的區(qū)域進行局部高密度電極掃描，獲取高空間分辨率的阻抗數(shù)據(jù)；將所述高空間分辨率的阻抗數(shù)據(jù)與預先建立的聚氨酯材料缺陷特征庫進行對比分析，生成缺陷評估報告。

9、可選的，所述根據(jù)所述初始數(shù)據(jù)構建場景化數(shù)字環(huán)境和生成多維度數(shù)據(jù)表，包括：

10、根據(jù)所述電池包結構信息和聚氨酯材料特性信息，確定電池包內(nèi)部各組件的三維空間布局及聚氨酯隔熱層的精確位置；對所述三維空間布局進行參數(shù)化處理，得到可動態(tài)調(diào)整的電池包數(shù)字結構；

11、基于所述環(huán)境參數(shù)和電池管理系統(tǒng)采集的運行數(shù)據(jù)，對所述電池包數(shù)字結構進行工況設置；根據(jù)所述工況設置，生成模擬電池包在快速充電、高功率放電和低溫預熱工況下運行狀態(tài)的場景化數(shù)字環(huán)境；

12、在所述場景化數(shù)字環(huán)境中，利用有限元分析方法進行熱場、應力場和電磁場的耦合計算；提取溫度分布、熱流密度、最大主應力、位移場、電場強度和電流密度；將所述溫度分布、熱流密度、最大主應力、位移場、電場強度和電流密度與聚氨酯材料在不同溫度和應力下的介電特性曲線相關聯(lián)，生成包含物理、熱學、電氣和力學維度的多維度數(shù)據(jù)表。

13、可選的，所述基于所述環(huán)境參數(shù)和電池管理系統(tǒng)采集的運行數(shù)據(jù)，對所述電池包數(shù)字結構進行工況設置；根據(jù)所述工況設置，生成模擬電池包在快速充電、高功率放電和低溫預熱工況下運行狀態(tài)的場景化數(shù)字環(huán)境，包括：

14、根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)中的溫度、濕度和大氣壓力數(shù)據(jù)，結合電池包的幾何結構和散熱設計，計算電池包外部的熱交換系數(shù)；基于所述電池管理系統(tǒng)采集的運行數(shù)據(jù)，提取電池包的荷電狀態(tài)、單體電壓分布和溫度分布，生成電池包初始狀態(tài)參數(shù)集；

15、對所述電池包初始狀態(tài)參數(shù)集進行時間序列分析，提取電池包在不同工況下的動態(tài)響應特征；根據(jù)所述動態(tài)響應特征，建立電池包狀態(tài)變化規(guī)律數(shù)據(jù)集，所述電池包狀態(tài)變化規(guī)律數(shù)據(jù)集包含電池包在快速充電、高功率放電和低溫預熱工況下的電壓變化曲線、電流變化曲線、溫度變化曲線和內(nèi)阻變化曲線，以及所述電壓變化曲線、電流變化曲線、溫度變化曲線和內(nèi)阻變化曲線與聚氨酯隔熱層導熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)和介電強度之間的關聯(lián)關系；

16、基于所述電池包狀態(tài)變化規(guī)律數(shù)據(jù)集，對電池包在快速充電工況下的充電電流分布、局部溫升和聚氨酯隔熱層微觀結構變化進行動態(tài)計算，分析充電過程中的離子遷移通量和熱量積累，得到快速充電工況下的電化學-熱耦合效應數(shù)據(jù)；

17、利用所述電池包狀態(tài)變化規(guī)律數(shù)據(jù)集，計算電池包在高功率放電工況下的電流密度分布、熱點演化和聚氨酯隔熱層界面應力狀態(tài)，評估熱失控風險因子和材料界面剝離可能性，得到高功率放電工況下的安全風險評估數(shù)據(jù)；

18、依據(jù)所述電池包狀態(tài)變化規(guī)律數(shù)據(jù)集，分析電池包在低溫預熱工況下的內(nèi)部溫度場分布、電解液粘度變化和聚氨酯隔熱層熱膨脹行為，計算溫度均勻性指標和熱應力分布，得到低溫預熱工況下的性能恢復預測數(shù)據(jù)；

19、將所述電化學-熱耦合效應數(shù)據(jù)、高功率放電工況下的安全風險評估數(shù)據(jù)和低溫預熱工況下的性能恢復預測數(shù)據(jù)整合，構建考慮多工況耦合影響的動態(tài)響應數(shù)據(jù)庫；基于所述動態(tài)響應數(shù)據(jù)庫，對電池包數(shù)字結構進行參數(shù)化更新，生成模擬電池包在快速充電、高功率放電和低溫預熱工況下運行狀態(tài)的場景化數(shù)字環(huán)境。

20、可選的，所述根據(jù)所述場景化數(shù)字環(huán)境和多維度數(shù)據(jù)表，對多點電極陣列進行虛擬布設；向虛擬布設的電極對施加預設頻率范圍內(nèi)的測試信號，獲取電極對之間的電勢差、阻抗值及相位差信息，包括：

21、根據(jù)所述場景化數(shù)字環(huán)境中電池包的幾何結構和聚氨酯隔熱層的分布特征，確定初始電極布設點；基于所述多維度數(shù)據(jù)表中的溫度分布、熱流密度、最大主應力和位移場信息，計算熱-力-電耦合影響系數(shù)；利用所述熱-力-電耦合影響系數(shù)對初始電極布設點進行權重調(diào)整，得到考慮多場耦合效應的電極陣列初步虛擬布設方案；

22、采用多目標優(yōu)化算法，以最大化檢測覆蓋率和最小化電極數(shù)量為優(yōu)化目標，對所述電極陣列初步虛擬布設方案進行迭代計算；在優(yōu)化過程中，將聚氨酯材料的介電異性作為約束條件；根據(jù)優(yōu)化結果，確定電極在隔熱層表面和內(nèi)部的最終虛擬布設位置和密度分布，得到優(yōu)化后的電極陣列虛擬布設方案；

23、基于所述多維度數(shù)據(jù)表中聚氨酯材料的介電特性曲線和電池包工作溫度范圍，確定預設頻率范圍和關鍵頻率點；設計包含密集采樣區(qū)間的頻率掃描方案；根據(jù)所述頻率掃描方案，向所述優(yōu)化后的電極陣列虛擬布設方案中的電極對施加測試信號，獲取電極對之間在不同頻率點的電勢差、阻抗值及相位差信息。

24、可選的，所述采用多目標優(yōu)化算法，以最大化檢測覆蓋率和最小化電極數(shù)量為優(yōu)化目標，對所述電極陣列初步虛擬布設方案進行迭代計算；在優(yōu)化過程中，將聚氨酯材料的介電異性作為約束條件，包括：

25、構建基于帕累托前沿的多目標優(yōu)化函數(shù)，將檢測覆蓋率和電極數(shù)量作為兩個相互競爭的目標；對所述電極陣列初步虛擬布設方案中的每個電極位置計算檢測靈敏度，根據(jù)所述檢測靈敏度為每個電極位置賦予相應的權重系數(shù)；

26、根據(jù)聚氨酯材料的介電異性特征，對所述電極陣列初步虛擬布設方案進行網(wǎng)格劃分；在電場強度梯度較大的區(qū)域增加網(wǎng)格密度，得到自適應細化網(wǎng)格；對所述自適應細化網(wǎng)格進行電場分布計算，得到每個網(wǎng)格單元的檢測覆蓋率貢獻值；

27、采用非支配排序遺傳算法，將所述電極陣列初步虛擬布設方案中的電極位置編碼為染色體，以檢測覆蓋率和電極數(shù)量的倒數(shù)構造適應度函數(shù)；在交叉和變異操作中引入聚氨酯材料介電異性約束條件，生成滿足材料特性要求的候選方案集合；

28、對所述候選方案集合進行聚類分析，得到代表性候選方案；利用模糊綜合評判方法，對所述代表性候選方案的檢測覆蓋率、電極數(shù)量和布置復雜度進行綜合評估，確定優(yōu)化結果。

29、可選的，所述根據(jù)所述優(yōu)化后的電極陣列布局，在預設的多個模擬工況下向電極陣列注入多頻段交流信號；采集每個電極對在不同頻段下的阻抗值、相位延遲、諧振特性以及阻抗失配度參數(shù)，同步獲取電池包的瞬態(tài)溫度分布、電壓、電流以及關鍵環(huán)境變量，形成多工況多頻段動態(tài)數(shù)據(jù)集，包括：

30、根據(jù)所述優(yōu)化后的電極陣列布局，制定電極對的激勵-響應策略；基于聚氨酯隔熱層的介電頻譜特性，為每個電極對設定特定的頻率響應區(qū)間；

31、設計快速充電、高功率放電和低溫預熱三種典型工況的電流-溫度加載方案；對各工況下的電極陣列分別施加寬頻帶交流激勵信號：

32、在快速充電工況下，施加100hz至1mhz的對數(shù)掃頻信號，采集電極對的頻域阻抗譜；同步記錄電池包的瞬態(tài)溫度場、電壓上升曲線和庫侖效率，形成充電過程電化學-熱耦合數(shù)據(jù)子集；

33、在高功率放電工況下，施加1khz至10mhz的線性掃頻信號，獲取電極對的復阻抗參數(shù)；并行采集電池包的熱成像數(shù)據(jù)、電壓降曲線和焦耳熱分布，構建放電過程熱-電耦合數(shù)據(jù)子集；

34、在低溫預熱工況下，施加10hz至100khz的階躍掃頻信號，測量電極對的相位響應特性；同步監(jiān)測電池包的溫度梯度、內(nèi)阻變化和電解液粘度，生成預熱過程熱-機械耦合數(shù)據(jù)子集；

35、對所述充電過程電化學-熱耦合數(shù)據(jù)子集、放電過程熱-電耦合數(shù)據(jù)子集和預熱過程熱-機械耦合數(shù)據(jù)子集進行時間對齊和數(shù)據(jù)歸一化處理；整合形成包含電化學阻抗譜、熱場分布和應力狀態(tài)的多工況多頻段動態(tài)數(shù)據(jù)集。

36、可選的，所述對所述充電過程電化學-熱耦合數(shù)據(jù)子集、放電過程熱-電耦合數(shù)據(jù)子集和預熱過程熱-機械耦合數(shù)據(jù)子集進行時間對齊和數(shù)據(jù)歸一化處理；整合形成包含電化學阻抗譜、熱場分布和應力狀態(tài)的多工況多頻段動態(tài)數(shù)據(jù)集，包括：

37、對所述充電過程電化學-熱耦合數(shù)據(jù)子集、放電過程熱-電耦合數(shù)據(jù)子集和預熱過程熱-機械耦合數(shù)據(jù)子集進行多尺度小波分解，提取各子集的特征時間序列；根據(jù)所述特征時間序列的關鍵節(jié)點，對三個數(shù)據(jù)子集執(zhí)行動態(tài)時間規(guī)整，得到時間對齊的耦合數(shù)據(jù)集；

38、對所述時間對齊的耦合數(shù)據(jù)集中的電化學阻抗譜、熱場分布和應力狀態(tài)數(shù)據(jù)分別進行最大-最小值歸一化處理；利用z-score標準化方法對歸一化后的數(shù)據(jù)進行標準差校正，得到均值為0、方差為1的標準化數(shù)據(jù)集；

39、采用主成分分析法對所述標準化數(shù)據(jù)集進行降維處理，提取各工況下的主要特征向量；利用張量分解技術將所述主要特征向量重構為三維張量，得到包含電化學阻抗譜、熱場分布和應力狀態(tài)的多工況多頻段動態(tài)數(shù)據(jù)集。

40、可選的，所述基于所述多工況多頻段動態(tài)數(shù)據(jù)集，利用包括熱場、力學場和電磁場的多物理場耦合關系，生成聚氨酯隔熱層的綜合特性表征；對所述綜合特性表征進行逐點逐頻率的迭代反演計算，生成具有三維空間分辨率的阻抗分布圖譜；根據(jù)所述阻抗分布圖譜識別異常區(qū)域，確定缺陷位置、類型和程度，包括：

41、從所述多工況多頻段動態(tài)數(shù)據(jù)集中提取快速充電、高功率放電和低溫預熱工況下的電化學阻抗譜、熱場分布和應力狀態(tài)數(shù)據(jù)并進行多維度關聯(lián)分析，計算聚氨酯隔熱層在不同溫度、應力和電場強度下的熱導率張量、彈性模量張量和介電常數(shù)張量，得到反映聚氨酯隔熱層熱-力-電耦合特性的綜合特性表征；

42、對所述綜合特性表征進行三維空間離散化處理，形成與電池包幾何結構相適應的高分辨率數(shù)據(jù)網(wǎng)格；對每個網(wǎng)格點的特性數(shù)據(jù)進行頻率域分析，計算100hz至10mhz頻率范圍內(nèi)的阻抗特性；通過非線性最小二乘法進行逐點逐頻率的迭代反演計算，生成具有三維空間分辨率的阻抗分布圖譜；

43、利用空間聚類算法對所述阻抗分布圖譜進行分析，識別阻抗異常區(qū)域；結合聚氨酯隔熱層在電池包中的實際分布位置，確定潛在缺陷的空間坐標；

44、提取所述潛在缺陷位置的局部阻抗頻譜特征，包括阻抗幅值、相位角和弛豫時間常數(shù)；將所述局部阻抗頻譜特征與預先建立的聚氨酯材料缺陷特征數(shù)據(jù)庫進行模式匹配，確定包括微裂紋、脫層和局部氣泡的缺陷類型；根據(jù)缺陷位置的阻抗幅值偏差、相位角偏差和弛豫時間常數(shù)變化，結合缺陷類型特征，評估缺陷程度，最終確定缺陷位置、類型和程度。

45、可選的，所述根據(jù)所述缺陷位置、類型和程度，對電池包的聚氨酯隔熱層進行分區(qū)評估，劃分缺陷等級；對高于預設等級的區(qū)域進行局部高密度電極掃描，獲取高空間分辨率的阻抗數(shù)據(jù)；將所述高空間分辨率的阻抗數(shù)據(jù)與預先建立的聚氨酯材料缺陷特征庫進行對比分析，生成缺陷評估報告，包括：

46、根據(jù)所述缺陷位置、類型和程度，將電池包的聚氨酯隔熱層劃分為多個評估區(qū)域；對每個評估區(qū)域進行缺陷特征定量分析，計算缺陷面密度、缺陷等效直徑和缺陷深度指數(shù)；基于定量分析結果，采用多參數(shù)加權評分法將評估區(qū)域劃分為低風險、中等風險和高風險三個缺陷等級；

47、對高風險等級區(qū)域進行局部高密度電極陣列配置；根據(jù)聚氨酯隔熱層在所述高風險等級區(qū)域的幾何特征和材料各向異性，確定最優(yōu)電極布置方案；利用所述最優(yōu)電極布置方案，在100赫茲至1兆赫茲頻率范圍內(nèi)執(zhí)行對數(shù)掃頻阻抗譜測量，獲取空間分辨率優(yōu)于0.5毫米的高精度阻抗數(shù)據(jù)；

48、將所述高精度阻抗數(shù)據(jù)與預先建立的聚氨酯材料缺陷特征庫進行多維度匹配分析，包括提取復阻抗譜的實部、虛部以及相位角特征參數(shù)，與特征庫中的微裂紋、界面脫層和氣泡缺陷模式進行正交匹配；計算匹配度得分，確定缺陷的精確類型、空間分布和嚴重程度；

49、基于所述缺陷的精確類型、空間分布和嚴重程度，結合電池包的工作溫度循環(huán)范圍、最大充放電倍率和設計使用壽命，評估缺陷對電池包熱管理性能、機械強度和電氣絕緣性能的潛在影響；根據(jù)評估結果對缺陷進行風險等級分類，包括可接受、需監(jiān)控和需立即處理三個等級；

50、匯總所有評估區(qū)域的分析結果，生成全面的缺陷評估報告。

51、本方案通過在真實運行環(huán)境下對電池包進行多維度數(shù)據(jù)采集與建模，成功克服了僅依賴單一工況或單一頻率信號時難以捕捉聚氨酯隔熱層內(nèi)部微觀缺陷的局限。首先，在實施過程中會根據(jù)車輛在快充、高功率放電以及低溫條件等多種典型使用場景，采集涉及熱學、力學和電氣特性的多重數(shù)據(jù)，并構建與電池包幾何特征相匹配的數(shù)字模型。這樣做的好處在于，聚氨酯隔熱層在高低溫交替及大電流沖擊時，其泡孔結構、黏結界面和介電性能都會發(fā)生不同程度的變化，若只使用單一的超聲波或簡單的紅外檢測，往往無法識別這些早期且分散的隱性缺陷。通過讓車輛在不同運行工況下產(chǎn)生真實或模擬的溫度梯度、振動沖擊以及電流變化，再將這些數(shù)據(jù)與聚氨酯材料的特性曲線（如介電常數(shù)隨溫度變化的規(guī)律）相結合，便能夠在多物理場范圍內(nèi)精準把握材料內(nèi)部應力分布和阻抗特征的動態(tài)演變過程。

52、在進一步的分析和計算中，利用了多頻段交流信號注入與迭代反演的原理：將預設頻率范圍內(nèi)的微電流分別施加到優(yōu)化布設的電極對上，并實時采集每個電極對在各頻率下的阻抗值、相位及電場分布。由于聚氨酯內(nèi)部若出現(xiàn)裂紋、脫層或氣泡，這些缺陷會在特定頻率下呈現(xiàn)獨特的阻抗或相位異常，因此可以借助有限元分析或其他數(shù)值算法，逐點逐頻率地構建出三維阻抗分布圖譜。這個圖譜不僅能直觀展示缺陷的位置和形態(tài)，還能通過對比高頻與低頻段的響應差異，推測出缺陷處的尺寸大小或演化趨勢。與傳統(tǒng)方法相比，這種建立在多場耦合及多頻段測量基礎上的技術思路，使得聚氨酯隔熱層在高溫快充、低溫預熱或高功率放電等激烈變化的環(huán)境里，其局部材料應力集中和微觀裂紋擴展都能被更早、更準確地發(fā)現(xiàn)。由此可見，本方案通過深度融合現(xiàn)場工況模擬和多頻段電學測試，既實現(xiàn)了對隱蔽缺陷的細致辨別，也為后續(xù)針對性維護和優(yōu)化設計提供了可靠依據(jù)，從而真正解決了以往檢測手段在動態(tài)環(huán)境下難以精確定位缺陷的難題，并成功達成了保障新能源汽車電池包熱管理效率與安全性的核心目標。