CN104197841A - 一种锂电池卷绕层边界检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了锂电池卷绕层边界的检测方法，包括：用照明光、第一单色光和第二单色光照射锂电池卷绕层，摄像装置拍摄出显示有锂电池卷绕层的同侧边界的第二图像；将第二图像和由摄像装置拍摄到的卷绕层在初始位置时未发生位置偏移时得到的第一图像对比，判断出卷绕层相对其自身在初始位置时的位移偏移量；以及根据第二图像判断出所述第一隔膜层和第二隔膜层的同侧边界的相对位移。本发明利用摄像装置的高分辨率特点并结合光学检测方法，解决了在目视条件下无法观察到的锂电池卷绕层的同侧边界在卷绕过程中相对其初始位置发生的细微的位移变化以及第一隔膜层和第二隔膜层之间的细微的相对位移变化，判断出锂电池的卷绕层卷绕效果的好坏。

Description

一种锂电池卷绕层边界检测方法

技术领域

本发明属于锂电池检测技术领域，具体涉及一种锂电池卷绕层边界检测方法。

背景技术

参考图1，图1为锂电池的横断面结构示意图，它由外壳1、卷绕层2和电解质溶液3构成，其中卷绕层2逐层缠绕在外壳1内，电解质溶液3则分布在外壳1内的空间。参考图2，卷绕层2由外到内依次由第一电极片21、第一隔膜层22、第二电极片23和第二隔膜层24构成。第一隔膜层22和第二隔膜层24均由半透光的薄膜材料构成。第一电极片21和第二电极片23均由金属层构成。参考图2，为了使第一电极片21和第二电极片23被第一隔膜层22和第二隔膜层24有效隔开，以防止出现第一电极片21和第二电极片23触碰，第一隔膜层22的宽度d2和第二隔膜层24的宽度d4均必须大于第一电极片21的宽度d1和第二电极片23的宽度d3。从图2中可以看出，第一隔膜层22的宽度和第二隔膜24层的宽度相等。参考图3，理想的情况下，第一电极片21和第二电极片23的两端分别对齐，但是在锂电池卷绕层卷绕过程中，第一电极片21、第一隔膜层22、第二电极片23和第二隔膜层24的边界相对于它们各自的初始位置发生偏移。通常情况下，锂电池的卷绕层的各层相对它们各自初始位置的位移量非常小，在肉眼情况下不易察觉，这样就无法判断出锂电池的卷绕层在卷绕过程中相对其初始位置或者预设位置的位移变化情况，不能判断卷绕效果的好坏。因为理想的状态是锂电池的卷绕层在卷绕过程中各层边界相对于其初始位置不发生位移变化。

发明内容

本发明提供了一种锂电池卷绕层边界检测方法，其目的在于解决在目视情况下无法判断出锂电池卷绕层在卷绕过程中各层边界相对于未卷绕时各层的初始位置或者预设位置的细微的位移偏移量以及在卷绕过程中锂电池的第一隔膜层和第二隔膜层之间细微的相对位移偏移量。

本发明的技术方案如下：

一种锂电池卷绕层边界检测方法，包括如下步骤：

将锂电池卷绕层的第一电极片、第一隔膜层、第二电极片和第二隔膜层顺次放置，在所述第一电极片的一侧设置摄像装置和照明光，在所述第二隔膜层的一侧设置两种不同颜色的、在水平位置上间隔一定距离的第一单色光和第二单色光；

用所述照明光、所述第一单色光和所述第二单色光照射所述锂电池卷绕层，摄像装置拍摄出显示有所述锂电池卷绕层在卷绕后得到的同侧边界的第二图像；

将所述第二图像和第一图像相比，判断出锂电池卷绕层边界相对其各自在初始位置时的位移偏移量；以及

根据所述第二图像判断出所述第一隔膜层和所述第二隔膜层的同侧边界的相对位移；

其中，所述第一图像由所述摄像装置在锂电池卷绕层边界未发生位置偏移时拍摄得到。

进一步地：所述根据第二图像判断出所述第一隔膜层和所述第二隔膜层的同侧边界的相对位移是根据所述第二图像上显示的由所述第一单色光或者所述第二单色光的光亮带的宽度得到。

进一步地：所述光亮带是由所述第二隔膜层的边界相对于所述第一隔膜层的同侧边界向外凸出、并由所述第一单色光和所述第二单色光照射所述向外突出部分得到。

进一步地：所述将第二图像和第一图像相比判断出锂电池卷绕层边界相对其各自在初始位置时的位移偏移量，是根据所述第二图像显示的锂电池卷绕层相对于其在所述第一图像上显示的像素变化计算得出。

进一步地：所述第一单色光和第二单色光分别为红光、绿光和蓝光中的任意不同的两种单色光源。

进一步地：所述摄像装置为彩色相机。

本发明的有益的技术效果：利用照明光和两种不同颜色的单色光照射锂电池的卷绕层，摄像装置采集锂电池卷绕层的同侧边界的图像，根据采集到的在卷绕过程中的第二图像和其未卷绕时的处于初始位置时采集得到的第一图像相比，通过分析第二图像相对于第一图像中锂电池卷绕层边界的像素变化，判断出锂电池的各层的同侧边界在卷绕过程中分别相对于其各自在未卷绕时的初始位置的位移变化以及根据所述第二图像上显示的由所述第一单色光或者所述第二单色光的光亮带的宽度得到两隔膜层之间的相对位移情况，解决了在目视条件下无法判断出锂电池的各卷绕层的同侧边界相对其初始位置的细微的位移偏移情况以及两隔膜层之间的相对位移情况，判断出锂电池卷绕层卷绕效果的好坏。

附图说明

图1为锂电池横向剖视显示出的内部结构示意图。

图2为图1中A-A剖视所显示的锂电池卷绕层2由外到内的第一电极片21、第一隔膜层22、第二电极片23和第二隔膜层24处于预设位置或者处于未卷绕状态的初始位置的示意图。

图3为锂电池的四个卷绕层的同侧边界在卷绕过程中相对于它们自身预设位置或者处于未卷绕状态的初始位置发生位置偏移的示意图。

图4为在锂电池卷绕层卷绕过程中第一隔膜层22相对于第二隔膜层24同侧边界向外伸出位移为ΔX的示意图。

图5为在锂电池卷绕层卷绕过程中第一隔膜层22相对于第二隔膜层24同侧边界向内缩进位移为ΔY的示意图。

图6为摄像装置拍摄到的如图2所述的锂电池卷绕层的同侧边界在未卷绕时的第一图像示意图。

图7为摄像装置拍摄到的锂电池的各卷绕层在如图4所示情形时得到的第二图像的第一种情况的示意图。

图8为摄像装置拍摄到的锂电池的各卷绕层在如图5所示情形时得到的第二图像的第二种情况的示意图。

图9为根据图像像素变化计算图像位移的示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图5，锂电池的卷绕层2依次包括第一电极片21、第一隔膜层22、第二电极片23和第二隔膜层24。将摄像装置5和照明光6设置在第一电极片21的这侧，同时它们和第一电极片21相隔一定距离。将第一单色光7和第二单色光8设置在第二隔膜层24这侧。第一单色光7和第二单色光8水平位置上间隔了一定距离，以保证它们能从不同角度照射锂电池卷绕层2。由于第一电极片21和第二电极片23均为金属层，因此它们均不透光；第一隔膜层22和第二隔膜层24均由半透光的薄膜材料组成，因此，当有发光光源照射在第一隔膜层22或第二隔膜层24上时，只有部分照明光透过第一隔膜层22或第二隔膜层24，而剩下的部分光源则被第一隔膜层22或第二隔膜层24吸收。因此，当有照明光或单色光照射第一隔膜层22或第二隔膜层24时，会在第一隔膜层22或第二隔膜层24的、和照明光或单色光相对的另一侧的区域留下阴影区域。若照明光照射第一隔膜层22和第二隔膜层24的叠层，则留下的阴影区域将更暗。

参考图2并结合图6，在锂电池未卷绕时或者处于预设位置时，此时锂电池的各层的同侧边界所处的位置为初始位置，启动照明光6、第一单色光7和第二单色光8，让照明光6从第一电极片21的一侧照射，第一单色光7和第二单色光8从第二隔膜层24这一侧照射；同时打开摄像装置5，经摄像装置5拍摄后得到显示锂电池各层的同侧边界的第一图像。由于隔膜层具有半透光性和电极片具有不透光性，因此在第一图像上会显示如图6所示的亮暗程度不同的锂电池各层边界。参考图2并结合在图6，在图6中最暗的区域边界H是由光源照射图2中的H边界得到的；较暗的区域边界I是由光源照射图2中的I边界得到的；稍微亮一点的区域边界J是由光源照射图2中的J边界得到。需要说明的是，此处所说的光源可以是单色光，也可以是复合光。例如，可以是照明光6，也可以是第一单色光7或者第二单色光8。由于此时的锂电池的各层未缠绕，定义它们处于初始位置或者预设位置，因此它们的边界的位移偏移量为零。

在卷绕过程中，锂电池的各层边界相对于它们各自初始位置可能会发生变化，例如各层均出现了如图3所示的相对于其初始位置均发生了变化。摄像装置5再次拍摄锂电池的各层，得到显示有锂电池卷绕层同侧边界的第二图像。参考图7并结合图4。图4中，当由第一单色光7和第二单色光8从第二隔膜层24一侧照射锂电池各层时，在照明光6照射下，摄像装置5采集得到如图7所示的第二图像。图7中的第二图像和图6中的第一图像一样，也包括最暗-较暗-暗的明显的边界区分H1,I1和J1，这是相对于图6中的H,I和J而言的，也就是H1和H之间的位移为Δa，I1和I之间的位移为Δc，J1和J之间的位移可能是Δb,也可能是Δd,Δb和Δd可能相同，也可能不同。若Δb和Δd不同，则必然是出现了图4中情况，也就是第一隔膜层22相对于第二隔膜层24向外偏移了ΔX,此时，ΔX为Δb和Δd之差。但是从图7中并不能看出第一隔膜层22的同侧边界相对于第二隔膜层24的同侧边界向外伸出ΔX的效果，造成这种现象的原因的具体分析见图4所示的光路分析示意图。参考图4，当第一隔膜层22的边界相对于第二隔膜层24的同侧边界向外伸出ΔX的位移，第二单色光8从第一隔膜层22的边界和第二隔膜层24的同侧边界的连线方向照射锂电池卷绕层，第一隔膜层22的边界相对于第二隔膜层24的同侧边界向外伸出ΔX的部分刚好被第二隔膜层24的边界D挡住,因此从摄像装置5上得到的第二图像无法看到第二单色光8。因此，在这种情况下从第二图像无法判断第一隔膜层22相对于第二隔膜层24是向外伸出还是向内缩进。

参考图5并结合图8，当第二隔膜层24的同侧边界相对于第一隔膜层22的同侧边界向外伸出ΔY的位移时，在照明光6、第一单色光7和第二单色光8的照射下，摄像装置5得到如图8所示的第二图像的另一种情况。参考图5，第二单色光8可以照射到第二隔膜层24相对于第一隔膜层22向外伸出ΔY位移的部分，因此在这种情况下的第二图像上能显示出和第一单色光7或者第二单色光8的颜色相同的光亮带25(见图8)。因此，根据在这种情况下的第二图像就能判断出第二隔膜层24的同侧边界相对第一隔膜层22的同侧边界向外偏移了。所以，本技术方案仅仅需要两种单色光的照射就能判断出第一隔膜层22和第二隔膜层24的同侧边界的相对位移偏移情况。

参考图3，如果要想得到第一电极片21、第一隔膜层22、第二电极片23和第二隔膜层24的边界分别相对于它们自身的初始位置的同侧边界的相对位移Δa,Δb,Δc和Δd的情况，则相对简单很多。参考图9，对于锂电池卷绕层2的任意一层，只要它们的边界相对于初始位置有任何变化，在第一单色光7和第二单色光9照射下，则可以根据摄像装置5得到的它们相应图像像素的变化判断出其位移的大小。例如，在图9中，对于锂电池的任意一层，比如第一电极片21，假设第一电极片21的边界在摄像装置得到的第一图像的初始位置为MN，当电池卷绕层在卷绕过程中，得到的第二图像上显示出第一电极片21的同侧边界移动到了M1N1的位置，其相对初始位置的偏移量为ΔZ。假设摄像装置5的分辨率为1000pixels,其拍摄区域为10厘米，则每一厘米的像素为100pixels，由此可以得出，1个像素占据的区域为0.01厘米。若第一电极片21的边界在MN位置时对应的像素为280pixels，在M1N1位置时对应的像素为440pixels，两者相减为160pixels，则ΔZ＝440*0.01＝4.4厘米。由此，ΔZ的值求出，此时ΔZ和图3中的Δa等同；若是第一隔膜层22，则ΔZ和图3中的Δb等同；若是第二电极片23，则ΔZ和图3中的Δc等同；若是第二隔膜层24，则ΔZ和图3中的Δd等同。所以，通过分析摄像装置5拍摄到的锂电池卷绕层的各层边界在卷绕过程中相对于其预设的初始位置的同侧边界的像素变化，就可以求出它们各自相对初始位置的偏移量。同样的，ΔY的值也可以利用同样的办法求出。

在本专利申请文件中，之所以强调根据摄像装置5得到的图像只能判断出锂电池卷绕层的第一电极片21、第一隔膜层22、第二电极片23和第二隔膜层24的边界分别相对于它们自身的初始位置的相对位移以及第一隔膜层22相对第二隔膜层24同侧边界的位移ΔY，这是因为：为了提高检测系统对位置的敏感性，摄像装置5的检测区域通常很小。比如检测10mm*10mm的区域，此时一个1024*768分辨率的摄像装置每个像素约对应10um的长度，也就是说这个系统可以检测锂电池卷绕层的各层10um的位移变化。因此这样的检测方法无法同时看到第一电极片21、第一隔膜层22、第二电极片23和第二隔膜层24各自的两侧边界，同样也无法看到第一隔膜层22相对第二隔膜层24两侧边界的位移。但是，需要说明的是，参考图2，由于第一隔膜层22和第二隔膜层24宽度相同，当判断出了ΔY后，另一边自然就知道是-ΔY了。

需要说明的是，在本技术方案中，第一单色光7和第二单色光8为不同颜色的单色光。作为一种优先选择，第一单色光7和第二单色光8优选选择为红光、绿光和蓝光中任意两种单色光。当然，第一单色光7和第二单色光8也可以为其他不同颜色的单色光。

在本技术方案中，摄像装置5优选为彩色相机，因为彩色相机对红光、蓝光和绿光具有较高的透光性。

由于本发明采用的摄像装置具有很高的分辨率，因此利用本技术方案可以检测出锂电池卷绕各层的边界在卷绕过程中相对于各自的初始位置或者预设位置非常细微的位移变化(例如10微米的位移量)；同时，通过利用第一单色光和第二单色光照射锂电池的卷绕层，可以判断出第一隔膜层和第二隔膜层的同侧边界之间的非常细微的位移变化。因此，本技术方案解决了锂电池的卷绕层在卷绕过程中，在目视条件下无法判断卷绕层相对其初始位置或者预设位置的同侧边界的细微的位移变化情况以及在卷绕过程中无法判断第一隔膜层和第二隔膜层的同侧边界之间的细微的位移变化，这对于判定锂电池卷绕效果的好坏具有非常重要的作用，若发现卷绕过程中锂电池各层有错位现象，可以及时纠正。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锂电池卷绕层边界检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

将锂电池卷绕层的第一电极片、第一隔膜层、第二电极片和第二隔膜层顺次放置，在所述第一电极片的一侧设置摄像装置和照明光，在所述第二隔膜层的一侧设置两种不同颜色的、在水平位置上间隔一定距离的第一单色光和第二单色光；

用所述照明光、所述第一单色光和所述第二单色光照射所述锂电池卷绕层，摄像装置拍摄出显示有所述锂电池卷绕层在卷绕后得到的同侧边界的第二图像；

将所述第二图像和第一图像相比，判断出锂电池卷绕层边界相对其各自在初始位置时的位移偏移量；以及

根据所述第二图像判断出所述第一隔膜层和所述第二隔膜层的同侧边界的相对位移；

其中，所述第一图像由所述摄像装置在锂电池卷绕层边界未发生位置偏移时拍摄得到。

2.如权利要求1所述的锂电池卷绕层边界检测方法，其特征在于：所述根据第二图像判断出所述第一隔膜层和所述第二隔膜层的同侧边界的相对位移是根据所述第二图像上显示的由所述第一单色光或者所述第二单色光的光亮带的宽度得到。

3.如权利要求2所述的锂电池卷绕层边界检测方法，其特征在于：所述光亮带是由所述第二隔膜层的边界相对于所述第一隔膜层的同侧边界向外凸出、并由所述第一单色光和所述第二单色光照射所述向外突出部分得到。

4.如权利要求1所述的锂电池卷绕层边界检测方法，其特征在于：所述将第二图像和第一图像相比判断出锂电池卷绕层边界相对其各自在初始位置时的位移偏移量，是根据所述第二图像显示的锂电池卷绕层相对于其在所述第一图像上显示的像素变化计算得出。

5.如权利要求1至5中任一项所述的锂电池卷绕层边界检测方法，其特征在于：所述第一单色光和第二单色光分别为红光、绿光和蓝光中的任意不同的两种单色光源。

6.如权利要求1至5中任一项所述的锂电池卷绕层边界检测方法，其特征在于：所述摄像装置为彩色相机。