CN104215182A - 一种锂电池卷绕层边界位移的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了锂电池卷绕层边界位移的检测方法，包括：用照明光、第一单色光、第二单色光和第三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在卷绕后得到的同侧边界的第二图像；将第二图像和由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的第一图像相比，判断出卷绕层边界相对其各自在初始位置时的同侧边界的位移偏移量；以及根据第二图像上显示的较暗的重叠暗区判断出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原理，检测出在卷绕过程中锂电池卷绕层边界相对于未卷绕时的同侧边界的细微的位移变化两薄膜层之间的相对位移的细微变化，从而判断锂电池卷绕效果的好坏。

Description

一种锂电池卷绕层边界位移的检测方法

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位移的检测方法。

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了偏移。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位移的检测方法，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叠放，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至少三种不同颜色的第一单色光、第二单色光和第三单色光；

用所述照明光、所述第一单色光、所述第二单色光和所述第三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；所述第一单色光和所述第二单色光之间以及所述第二单色光和所述第三单色光之间在水平方向上均间隔一定距离。

进一步地：所述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是根据第一单色光、第二单色光和第三单色光照射所述第一隔膜层和所述第二隔膜层得到的重叠暗区的像素计算得到。

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、所述第二单色光和所述第三单色光分别为红光、蓝光和绿光中的一种。

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：利用照明光和至少三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形成的第二图像和其在未卷绕时采集得到的第一图像对比，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，计算出锂电池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在第二图像中由第一单色光、第二单色光和第三单色光照射第一隔膜层和第二隔膜层得到的重叠暗区，判断出第一隔膜层和第二隔膜层之间的相对位移，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，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在未卷绕时的预设位置或者初始位置发生位置偏移的示意图。

图4为照明光6、第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9照射卷绕层2的各层在未卷绕时的示意图。

图5为用第一单色光7和第二单色光8照射卷绕后的卷绕层2且第一隔膜层22的边界相对于第二隔膜层的同侧边界向外伸出的示意图；

图6为用第二单色光8和第三单色光9照射卷绕层2且第一隔膜层22的边界相对于第二隔膜层的同侧边界向内缩进的示意图；

图7为用第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9照射卷绕层2得到的重叠暗区F2-C2的示意图。

图8为摄像装置5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9为摄像装置5拍摄到的锂电池的各卷绕层在如图3所示情形时得到的第二图像的第一种情况的示意图。

图10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2，锂电池卷绕层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。参考图4，摄像装置5和照明光6设置在第一电极片21的一侧，同时它们均和第一电极片21相隔一定距离。在第二隔膜层24的一侧设置至少三种不同颜色的单色光：第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9。第一单色光7和第二单色光8之间以及第二单色光8和第三单色光9之间在水平位置上都间隔了一定距离，这是为了保证这三种单色光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均包含金属层，因此它们均不透光；而第一隔膜层22和第二隔膜层24均由半透光的材质组成，因此它们能够透过一部分光。因此，当有光源照射在第一隔膜层22或第二隔膜层24上时，只有部分光源透过第一隔膜层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。当有照明光6照射第一隔膜层22的一侧或第二隔膜层24的一侧时，会在第一隔膜层22的另一侧的区域或在第二隔膜层24的另一侧的区域留下阴影。若光源照射第一隔膜层22和第二隔膜层24的叠层，则留下的阴影区域将更暗。本发明正是利用隔膜层的半透光性和电极片的不透光性，根据摄像装置5拍摄到的图像所显示出来的亮暗区域的像素变化计算锂电池的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的四层薄层同侧边界的位移，以达到检测在卷绕过程中锂电池的卷绕层的各层边界相对其它们在预设位置或者初始位置是否发生位移的目的，从而判定锂电池卷绕效果的好坏。

参考图4-图7。需要说明的是，照明光6、第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9同时照明锂电池卷绕层2，但为了使这几束照射光照射卷绕层2的光路示意图看起来更加简洁，因此：图4仅画出了照明光6、第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9和卷绕层2的位置关系示意图，但是，照明光6和三种单色光均处于发光状态；图5画出了第一单色光7和第二单色光8照射锂电池的卷绕层2且第一隔膜层22的边界相对于第二隔膜层的同侧边界向外伸出的示意图；图6画出了第二单色光8和第三单色光9照射锂电池的卷绕层2且第一隔膜层22的边界相对于第二隔膜层24的同侧边界向内缩进的示意图，图7则画出了用第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9照射锂电池的卷绕层的示意图。

在判断第一电极片21、第一隔膜层22、第二电极片23和第二隔膜层24的同侧边界在卷绕前后的位移变化前，需要将这4层薄片层依次设置，同时在第一电极片21的一侧设置摄像装置5和照明光6，在第二隔膜层24的一侧设置第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9。为保证不同颜色的单色光从不同角度照射锂电池卷绕层2，第一单色光7和第二单色光8之间、第二单色光8和第三单色光9之间在水平上均间隔一定的距离。完成上述设置后，同时打开照明光6、第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9并让摄像装置5处于工作状态，摄像装置5采集得到锂电池的卷绕层的图像。由于照明光6、第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9是从不同角度照射锂电池的卷绕层2，又由于第一隔膜层22和第二隔膜层24均是由半透光的薄膜组成，第一电极片21和第二电极片23由不透光的金属材料组成，则摄像装置5得到的图像显示出来的必然是暗区域和亮暗程度均发生变化的光亮带，而且暗区域和亮区域之间还存在有分界。根据亮暗区域的分界的像素变化就能判断出第一电极片21、第一隔膜层22、第二电极片23和第二隔膜层24的边界相对自身在初始位置或者预设位置时的位移变化。

参考图4和图8。首先参考图4，定义图4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所处的状态为初始状态或者预设状态，此时，这四层薄片的位移均未改变。在照明光6、第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9照射下，由于第一电极片21具有不透光性，第一隔膜层22具有半透光性以及第一电极片21和第二电极片23具有不透光性，摄像装置5得到如图8所示的最暗区域、较暗区域和暗区域分界明显的第一图像。在第一图像中，最暗区域和较暗区域的分界H是由图4中的第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9照射第一电极片21的H点得到的；图8中的较暗区域和暗区域的分界I是由图4中的第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9照射第二电极片23的I点得到的；图8中的暗区域的外侧边界J是由图4中的第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9照射第一薄膜层22的J点和第二薄膜层24的J点得到的。由于第一薄膜层22和第二薄膜层24宽度相同且两端对齐，故可以认为第一薄膜层22和第二薄膜层的同侧边界处于同一位置点J。

在卷绕过程中，锂电池的卷绕层2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如图9所示的第二图像的其中一种情况。图9所示的第二图像的其中一种情况和图8所示的第一图像一样，也包括最暗区域-较暗区域-暗区域的明显的边界区分H1,I1和J1；H1、I1和J1是相对于图4中的H、I和J而言的，定义H1和H之间的位移为Δa，I1和I之间的位移为Δc，J1和J之间的位移是Δb,J2和J之间的位移是Δd,Δb和Δd可能相同，也可能不同。由于第一薄膜层22和第二薄膜层24的宽度相等且在未发生卷绕时两端对齐，若Δb和Δd不同，则必然出现了图5和图6中情况。若是图5的情况，也就是第一隔膜层22相对于第二隔膜层24的同侧向外偏移了ΔX,此时，ΔX为Δb和Δd之差；若是出现图6中的情况，也就是第二隔膜层24相对于第一隔膜层22向外偏移了ΔY；此时，ΔY为Δd和Δb之差。但是，从图9中并不能看出图5中出现第一隔膜层22的边界相对于第二隔膜层24的同侧边界向外伸出ΔX的效果或者图6中出现的第二隔膜层24的边界相对于第一隔膜层22的同侧边界向外偏移了ΔY的效果。造成这种现象的原因的具体分析见图5和图6所示的光路分析示意图。参考图5，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，假如只有第二单色光8照射卷绕层2，则在图9中看不到图5中第一隔膜层22的边界相对于第二隔膜层24的同侧边界向外伸出ΔX的效果,此时只能从图9中所显示的第二图像看到J1边界；同样的，参考图6，在第二隔膜层24相对于第一隔膜层22向外偏移了ΔY，在图9中也看不到图6中第二隔膜层24相对于第一隔膜层22向外偏移了ΔY的效果，此时也只能从图9中所显示的第二图像看到J1边界。

参考图7，在摄像装置5上得到第二图像的另一种情况。在图7中，在第二单色光8不关闭的情况下，第一单色光7照射卷绕层2时，第二图像显示出逐渐变暗的第一暗区B2-E2。其中，B2-C2因为只有第一隔膜层22的遮挡，故为暗区域；C2-D2因为有第一隔膜层22和第二隔膜层24的遮挡，故为较暗区域；D2-E2因为有第一隔膜层22、第二隔膜层24和第二电极片23的遮挡，为最暗区域；在第一单色光7和第二单色光8均不关闭的情况下，启动第三单色光9，得到第二暗区B2-E2。其中B2-F2为因为只有第一隔膜层22的遮挡，故为暗区域，F2-D2因为有第一隔膜层22和第二隔膜层24的遮挡，故为较暗区域,D2-E2因为有第一隔膜层22、第二隔膜层24和第二电极片23的遮挡，为最暗区域。F2-C2为第一暗区B2-E2和第二暗区B2-E2的重叠暗区，该重叠暗区为较暗的区域，它显示于由摄像装置拍摄5得到的第二图像的另一种情况(未图示)，故根据第二图像上显示的重叠暗区判断出第一隔膜层22的一侧边界相对于第二隔膜层24的同侧边界向外伸出。因此，利用第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9，能够根据摄像装置5上得到的第二图像上显示的较暗的重叠暗区F2-C2的像素判定出第一隔膜层22和第二隔膜层24的同侧边界的相对位移情况。

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10并结合图8和图9，对于锂电池卷绕层2的任意一层，只要它们自身边界相对于初始位置有任何变化，在第一单色光7、第二单色光8和第二单色光9照射下，则可以根据摄像装置5得到的图9所示的第二图像相对于图8所示的第一图像像素的变化判断出其位移的大小。例如，在图10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5拍摄的卷绕层2在未卷绕时或者初始位置时得到的第一图像的初始位置为MN；当电池卷绕层2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的值可求出，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。但是，利用此办法不能求出ΔX和ΔY的值。因为，在上一段说过，从图9中并不能看出图5中出现第一隔膜层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的效果或者图6中出现的第二隔膜层24相对于第一隔膜层22向外偏移了ΔY的效果，故不能根据像素变化计算出ΔX和ΔY。但是，可以通过像素变化值计算出上一段所述的重叠部分区域F2-C2因为，该区域像素值发生了变化。

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2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，本发明的第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9为三种不同颜色的单色光。进一步地，第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9为红光、绿光或蓝光的一种。

摄像装置5优选为彩色相机。进一步地，该彩色相机优选为CCD相机或者CMOS相机。这是因为CCD相机或者CMOS相机对用红光、绿光或蓝光照射物体得到的成像效果最好。

综上所述，在照明光6、第一单色光7、第二单色光8和第三单色光9的照明下，摄像装置5拍摄到锂电池卷绕层2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在初始位置或者预设位置时的第一图像；摄像装置5再次拍摄第一电极片21、第一隔膜层22、第二电极片23和第二隔膜层24边界在卷绕过程中发生位移后的第二图像，利用摄像装置5的高分辨率，根据第二图像和第一图像的像素变化计算出卷绕后的锂电池各层相对于其初始位置或者预设位置的位移变化；同时，根据第二图像上的重叠暗区F2-C2判断出第一隔膜层22的一侧的边界相对于第二隔膜层24的同侧边界向外伸出。

虽然本发明只公布了利用三种单色光照射锂电池卷绕层，但是，对于利用3种以上的不同颜色的单色光，根据同样的原理，也能实现上一段描述的目的。因此，利用3种以上的不同颜色的单色光来实现同样的结果，也属于本发明的保护范围。

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 (5)

1.一种锂电池卷绕层边界位移的检测方法，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叠放，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至少三种不同颜色的第一单色光、第二单色光和第三单色光；

用所述照明光、所述第一单色光、所述第二单色光和所述第三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；所述第一单色光和所述第二单色光之间以及所述第二单色光和所述第三单色光之间在水平方向上均间隔一定距离。

2.如权利要求1所述的锂电池卷绕层边界位移的检测方法，其特征在于：所述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是根据第一单色光、第二单色光和第三单色光照射所述第一隔膜层和所述第二隔膜层得到的重叠暗区的像素计算得到。

3.如权利要求1所述的锂电池卷绕层边界位移的检测方法，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。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的锂电池卷绕层边界位移的检测方法，其特征在于：所述第一单色光、所述第二单色光和所述第三单色光分别为红光、蓝光和绿光中的一种。

5.如权利要求1至3中任一项所述的锂电池卷绕层边界位移的检测方法，其特征在于：所述摄像装置为彩色相机。