[发明专利]一种基于光学成像的电池膨胀实时检测方法及装置

说明书

基于传统的机械力学检测方法装置结构复杂、检测通量低以及现有光学方法检测繁琐、检测成本高的技术问题；本发明的目的在于提供一种基于光学检测装置的电池膨胀实时检测方法，该光学检测装置包括待检测的锂离子电池，放置在锂离子电池前方的发光二极管与放置在锂离子电池的后方的电子耦合元件，且所述发光二极管、锂离子电池、电子耦合元件沿前后方向对齐，发光二极管作为光源，电子耦合元件采用透射式成像的方式对电池厚度进行实时光学成像。

技术领域

本发明专利属于锂离子电池检测领域，具体而言，是电池膨胀的检测方法和装置。

背景技术

自从20世纪90年代被发明以来，锂离子电池已在能源储存领域得到广泛的应用，其最大的优势是能量密度高，可长时间循环充放电。与此同时，随着寿命的衰减，锂离子电池也容易起火甚至爆炸，如何提高其安全性成为该领域最为关心的问题。人们逐渐意识到，锂离子电池在充放电过程中所产生体积膨胀与电池老化有着密不可分的关系。因此，需要对电池的体积膨胀进行有效的实时检测。现有方法主要有两类，一类是基于力学传感的机械检测方法，另一类是基于X射线的光学断层扫描成像方法。对于机械检测方法而言，通常的做法是，将平板状的锂离子电池固定在两个相对的压力传感器(或千分尺)之间，随着电池充放电的进行，得出电池厚度的变化。对于这种方法，其主要的缺点有：(1)装置结构复杂，难以推广到实际应用中；(2)检测通量低，一台装置只能同时检测一块电池；(3)装置兼容性不佳，适用于软包电池，但不能检测柱状电池；(4)缺乏空间分辨能力，其检测的厚度是平均厚度，不能反映在电池不同位置的厚度变化。对于光学断层扫描成像方法而言，其装置则更为复杂，需要一套X射线发生和检测装置，在充放电的不同阶段对电池进行断层扫描，难以实时检测且成本极高。

发明内容

基于传统的机械力学检测方法装置结构复杂、检测通量低以及现有光学方法检测繁琐、检测成本高的技术问题；本发明的目的在于提供一种基于光学检测装置的电池膨胀实时检测方法，该光学检测装置包括待检测的锂离子电池，放置在锂离子电池前方的发光二极管与放置在锂离子电池的后方的电子耦合元件，且所述发光二极管、锂离子电池、电子耦合元件沿前后方向对齐，发光二极管作为光源，电子耦合元件采用透射式成像的方式对电池厚度进行实时光学成像；

所述检测方法包括：

S01：图像录制

打开发光二极管和电子耦合元件的开关，电子耦合元件开始录制锂离子电池的图像，继而锂离子电池开始充放电测试，当完成充放电测试后，电子耦合元件停止录制图像，录制的图像包括锂离子电池的黑色正投影区以及围绕该正投影区的白色光源区域，所述正投影区的左右两侧与光源区之间构成左过渡区与右过渡区；

S02：图像处理

具体包括如下步骤：

1)以锂离子电池的高度延伸方向作为Y轴，以其厚度延伸方向延伸作为X轴，

选中左过渡区的图像，将该选中的图像沿着Y轴方向平均，即得到原始曲线，选中的图像从左至右由白变黑，对应原始曲线的光学强度随着X轴坐标的增大由大变小；

2)对步骤1)得到的原始曲线求导得到的一阶微分曲线，对微分后的曲线做一维高斯拟合，拟合公式如下：

G(x)＝A*exp((x-B)^2/C^2)+D

上述方程中，A表示一阶微分曲线高度，B代表一阶微分曲线中心坐标，C代表一阶微分曲线标准方差，D表示一阶微分曲线基线高度；

电池1的边缘位置即为公式中的B参数，因此，通过高斯拟合可以突破像素的限制，得到精确的中心坐标，也就是电池1左边缘位置X_L；

3)通过步骤1)与步骤2)的方法，再得到电池1右边缘位置X_R，电池1的厚度d₁可以表示为d₁＝X_R-X_L。