基于超声波的电池内部健康状态检测装置和方法制造方法及图纸

本申请提供基于超声波透射的电池内部健康状态检测装置和方法，以及基于超声波反射的电池内部健康状态检测装置和方法。本发明专利技术的检测装置和方法通过靠近待测电池的中央的检测点接收到的超声波信号和偏离待测电池的中央的检测点接收到的超声波信号在超声波波形、超声波飞行时间和超声波强度方面的超声波数据离散程度来指示待测电池的电池内部健康状态，可以直接用于定性或定量判断废旧电池的内部健康状态，为废旧电池的分级和梯次利用提供指导。本发明专利技术的检测装置和方法不损伤电池，灵敏度高，结构简单，成本低，测速度快，检测过程简单，操作方便，适用性广。

Detection device and method of battery internal health status based on ultrasonic wave

【技术实现步骤摘要】
基于超声波的电池内部健康状态检测装置和方法
本专利技术涉及电池
，具体涉及基于超声波的电池内部健康状态检测装置和方法。该检测装置和方法尤其可应用于筛选退役锂离子电池以进行二次利用。
技术介绍
随着新能源汽车市场迎来井喷式发展，其最核心部件锂离子动力电池开始进入大规模报废退役期。退役动力电池本身仍保留80％左右的电池容量，将其回收后进行二次利用，可节约大笔经济成本并可解决环境污染问题。动力电池在服役期间可能产生鼓胀、发软、漏液、性能衰减、温度过高等各类失效问题，所以首先需要对退役锂离子电池的内部健康状态进行检测，剔除存在受损和缺陷的坏电池，回收有二次利用价值的电池。其次，由于服役环境的差异，退役锂离子电池的健康状态和剩余寿命一致性低，若对退役锂离子电池不加甄别而直接重组在一起进行二次利用，将导致短板效应和安全问题。因此在退役锂离子电池二次利用之前，必须进行检测筛选，挑选出综合性能良好且较为一致的退役锂离子电池进行二次利用。电池由正极、负极和隔膜层叠或卷绕而成，电池内部包括正负极活性材料、粘合剂、电解质、导电剂等各种材料，种类繁多，结构复杂精细，要准确地评估电池的健康状态和剩余寿命，通常耗时耗力，十分困难。目前对锂离子电池的检测主要方法有恒电流测试法、恒功率测试法、脉冲测试法、阻抗测试法、电流积分法、卡尔曼滤波法、神经网络法等。这些方法主要针对锂离子电池的电学参数变化进行分析与处理，存在成本高、耗时长、损耗大等问题。随着全球对锂离子电池的研究投入增加，锂离子电池技术发展迅速，制备锂离子电池的工艺不断优化，能量密度不断提高，成本不断降低。如果在退役锂离子电池的检测和筛选阶段耗费大量人力物力，成本上升，与新生产的锂离子电池的相比不具备竞争力，则在经济上失去了电池回收二次利用的意义。但是，如果不回收利用退役锂离子电池，则在环保上失去了电池回收二次利用的应有之义。超声波检测法是利用超声波与试件的相互作用，通过研究透射、反射的超声波，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征的检测技术。超声波穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行无损检测，不需要对试件进行拆解，具有方便快速、成本低的优点。已有将超声波检测法应用于电池检测的现有技术，例如中国专利申请CN106772063A(名称“一种监测锂离子电池荷电状态和健康状态的方法及其装置”，公开日2017年5月31日)和中国专利申请CN106979761A(名称“一种锂离子电池内部各层级厚度及表面形貌的检测方法”，公开日2017年7月25日)。但这些电池超声波检测技术没有考虑到电池各部位对超声波响应的差异，因此，现有的技术仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于超声波的电池内部健康状态检测装置和方法，通过比较电池中央区域的超声波透射或反射信号与电池中央周边区域的超声波透射或反射信号的差异，来判断电池的电池内部健康状态。因此，在第一方面，本专利技术提供一种基于超声波透射的电池内部健康状态检测装置，该装置包括：超声波探头、电池承载与移动单元和计算机单元，该超声波探头包括超声波发射探头和超声波接收探头；该超声波发射探头被布置成朝向待测电池的第一检测面，用于向待测电池发射超声波信号，该超声波接收探头被布置成朝向待测电池的与第一检测面相对的第二检测面，用于接收从待测电池透射的超声波信号；该电池承载与移动单元用于承载该电池并且使该电池相对于该超声波发射探头和该超声波接收探头移动或转动，使得该超声波发射探头沿设定的检测路径对第一检测面上的多个检测点发射超声波信号，并且该超声波接收探头沿设定的检测路径从第二检测面上相应的多个检测点接收透射的超声波信号；该计算机单元与该超声波发射探头、该超声波接收探头和该电池承载与移动单元构成电通信连接，用于控制该超声波发射探头和该超声波接收探头分别发射超声波信号和接收透射的超声波信号，控制该电池承载与移动单元沿设定的检测路径移动，并且对接收到的透射超声波信号进行统计学分析。待测电池的第一检测面和第二检测面为根据电池形状而定最易体现电池内部均匀性的检测面。对于矩形和袋状电池电池，第一检测面和第二检测面分别为电池的两个相对的最大矩形表面。第一检测面上的多个检测点和第二检测面上相应的多个检测点的连线与第一检测面和第二检测面大体上垂直。对于圆柱形电池，第一检测面和第二检测面分别为电池的圆柱侧面的两个相对的半侧面。第一检测面上的多个检测点和第二检测面上相应的多个检测点的连线大体上位于圆柱的直径方向。电池的中央是指电池的几何中心。对于矩形和袋状电池电池，电池的中央大约位于长方体形状的电池本体的对角线交点。对于圆柱形电池，电池的中央大约位于圆柱形电池本体的上下两圆面圆心所连线段的中点。对第一检测面上的多个检测点和第二检测面上相应的多个检测点的数量和分布没有限制。这些检测点的具体数量根据电池的检测面的面积大小和需要的检测精度而定。这些检测点的具体分布也根据电池的检测面的面积大小和需要的检测精度而定，但通常在检测面上均匀分布形成检测点阵列。根据这些检测点与待测电池的中央的距离，可以将这些检测点定义为靠近待测电池的中央的检测点和偏离待测电池的中央的检测点。具体哪些检测点定义为靠近待测电池的中央的检测点，哪些检测点定义为偏离待测电池的中央的检测点，可根据检测的需要而设置，但是一般地，越接近检测面边缘的检测点，越偏离待测电池的中央。在第二方面，本专利技术提供一种基于超声波反射的电池内部健康状态检测装置，该装置包括：超声波探头、电池承载与移动单元和计算机单元，该超声波探头兼具超声波发射功能和超声波接收功能；该超声波探头被布置成朝向待测电池的检测面，用于向待测电池发射超声波信号并接收从待测电池反射的超声波信号；该电池承载与移动单元用于承载该电池并且使该电池相对于该超声波探头移动或转动，使得该超声波探头沿设定的检测路径对该检测面上的多个检测点发射超声波信号并接收反射的超声波信号；该计算机单元与该超声波探头和该电池承载与移动单元构成电通信连接，用于控制该超声波探头发射超声波信号和接收反射的超声波信号，控制该电池承载与移动单元沿设定的检测路径移动，并且对接收到的反射超声波信号进行统计学分析。待测电池的检测面为根据电池形状而定最易体现电池内部均匀性的检测面。对于矩形电池和袋状电池，检测面为电池的两个相对的最大矩形表面之一。对于圆柱形电池，检测面为电池的圆柱侧面。电池的中央是指电池的几何中心。对于矩形电池，电池的中央大约位于长方体形状的电池本体的对角线交点。对于圆柱形电池，电池的中央大约位于圆柱形电池本体的上下两圆面圆心所连线段的中点。对检测面上的多个检测点的数量和分布没有限制。这些检测点的具体数量根据电池的检测面的面积大小和需要的检测精度而定。这些检测点的具体分布也根据电池的检测面的面积大小和需要的检测精度而定，但通常在检测面上均匀分布形成检测点阵列。根据这些检测点与待测电池的中央的距离，可以将这些检测点定义为靠近待测电池的中央的检测点和偏离待测电池的中央的检测点。具体哪些检测点定义为靠近待测电池的中央的检测点，哪些检测点定义为偏离待测电池的中央的检测点，可根据检测的需要而设置，但是一般地，越接近检测面边缘的检测点，越偏离待测电池的中央本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超声波透射的电池内部健康状态检测装置，该装置包括：超声波探头、电池承载与移动单元和计算机单元，该超声波探头包括超声波发射探头和超声波接收探头；该超声波发射探头被布置成朝向待测电池的第一检测面，用于向待测电池发射超声波信号，该超声波接收探头被布置成朝向待测电池的与第一检测面相对的第二检测面，用于接收从待测电池透射的超声波信号；该电池承载与移动单元用于承载该电池并且使该电池相对于该超声波发射探头和该超声波接收探头移动或转动，使得该超声波发射探头沿设定的检测路径对第一检测面上的多个检测点发射超声波信号，并且该超声波接收探头沿设定的检测路径从第二检测面上相应的多个检测点接收透射的超声波信号；该计算机单元与该超声波发射探头、该超声波接收探头和该电池承载与移动单元构成电通信连接，用于控制该超声波发射探头和该超声波接收探头分别发射超声波信号和接收透射的超声波信号，控制该电池承载与移动单元沿设定的检测路径移动，并且对接收到的透射超声波信号进行统计学分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波透射的电池内部健康状态检测装置，该装置包括：超声波探头、电池承载与移动单元和计算机单元，该超声波探头包括超声波发射探头和超声波接收探头；该超声波发射探头被布置成朝向待测电池的第一检测面，用于向待测电池发射超声波信号，该超声波接收探头被布置成朝向待测电池的与第一检测面相对的第二检测面，用于接收从待测电池透射的超声波信号；该电池承载与移动单元用于承载该电池并且使该电池相对于该超声波发射探头和该超声波接收探头移动或转动，使得该超声波发射探头沿设定的检测路径对第一检测面上的多个检测点发射超声波信号，并且该超声波接收探头沿设定的检测路径从第二检测面上相应的多个检测点接收透射的超声波信号；该计算机单元与该超声波发射探头、该超声波接收探头和该电池承载与移动单元构成电通信连接，用于控制该超声波发射探头和该超声波接收探头分别发射超声波信号和接收透射的超声波信号，控制该电池承载与移动单元沿设定的检测路径移动，并且对接收到的透射超声波信号进行统计学分析。2.一种基于超声波反射的电池内部健康状态检测装置，该装置包括：超声波探头、电池承载与移动单元和计算机单元，该超声波探头兼具超声波发射功能和超声波接收功能；该超声波探头被布置成朝向待测电池的检测面，用于向待测电池发射超声波信号并接收从待测电池反射的超声波信号；该电池承载与移动单元用于承载该电池并且使该电池相对于该超声波探头移动或转动，使得该超声波探头沿设定的检测路径对该检测面上的多个检测点发射超声波信号并接收反射的超声波信号；该计算机单元与该超声波探头和该电池承载与移动单元构成电通信连接，用于控制该超声波探头发射超声波信号和接收反射的超声波信号，控制该电池承载与移动单元沿设定的检测路径移动，并且对接收到的反射超声波信号进行统计学分析。3.一种使用根据权利要求1所述的基于超声波透射的电池内部健康状态检测装置评估电池内部健康状态的方法，所述方法包括以下步骤：S1：将待测电池置于该电池承载与移动单元上；S2：通过该计算机单元选择该待测电池的第一检测面上的多个检测点和第二检测面上相应的多个检测点，根据这些检测点与待测电池的中央的距离，将这些检测点定义为靠近待测电池的中央的检测点和偏离待测电池的中央的检测点，并设置该待测电池的第一检测面上的多个检测点和第二检测面上相应的多个检测点的检测路径；S3：通过该计算机单元使该电池承载与移动单元移动或转动，以使该待测电池相对于该超声波发射探头和该超声波接收探头移动或转动，使得该超声波发射探头沿设定的检测路径对第一检测面上的多个检测点发射超声波信号，并且该超声波接收探头沿设定的检测路径从第二检测面上相应的多个检测点接收透射的超声波信号；...

【专利技术属性】
技术研发人员：金鹏，周梦兰，马晓明，季军平，熊思琴，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44