CN107643325A - 一种锂电池隔膜在线智能检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池隔膜在线智能检测装置与方法，包括：包括混合穿刺检测模块、厚度检测模块和拉伸检测模块。本发明中的混合穿刺模块能够模拟锂电池隔膜在挤压和电压穿刺的双重作用下的抗穿刺性能；厚度检测模块采用面光源能够克服点光源使得到达锂电池隔膜的光强本身强度不一的导致的测量误差；拉伸检测模块置于厚度检测模块中，在进行拉伸检测时通过对照拉伸前后图像变化，以方便检测出锂电池隔膜的厚度变化以及可能出现的破孔等缺陷。本发明能够实现锂电池隔膜的在线检测，有效提高锂电池隔膜的测试效率。

Description

一种锂电池隔膜在线智能检测装置与方法

技术领域

本发明涉及一种隔膜检测装置与方法，特别是涉及一种适于锂电池隔膜在线智能检测装置与方法。

背景技术

隔膜材料是锂电产业链技术门槛较高的环节，是锂电池的结构中关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。对于锂电池隔膜，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料。

锂离子电池隔膜产品有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）以及PE和PP的复合膜等。一些新型的隔膜材料如聚酰亚胺、纳米纤维、芳纶薄膜和纤维素膜也开始进入市场，由于这些隔膜材料的制备难度比较大，而且在大的穿刺强度或高温条件下存在不符合要求的情况。现有技术中对于隔膜的检测常采用通过测量隔膜厚度的方法，测量厚度的方法常采用光学方法，即通过照射隔膜，采集透过隔膜的光通过图像处理的方式来检测出隔膜是否有缺陷。但是这种方式测量的膜厚误差较大，也不能准确反映隔膜的高温或穿刺强度等特性。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种锂电池隔膜智能检测装置。该锂电池隔膜智能检测装置可用于检测锂电子隔膜生产线中的最后一环，用于在线及时质检出不合格的隔膜。

一种锂电池隔膜在线智能检测装置，包括混合穿刺检测模块、拉伸检测模块、厚度检测模块。

混合穿刺模块还包括两个气缸驱动模块，两个气缸驱动模块的输出驱动杆分别驱动上压块、下压块向下、向上运动，即两个气缸同时驱动上压块和下压块夹紧锂电池隔膜，上压块和下压块相对于锂电池隔膜呈镜像分布，同时，两个气缸驱动模块也相对锂电池隔膜呈镜像分布，这样能够使得锂电池隔膜能够受力平衡。所述上压块和下压块接触锂电池隔膜的表面均为粗糙表面。

混合穿刺模块还包括位于上压块内的上电极以及位于下压块内的下电极，在所述两个电极两端加载电位差为u的穿刺电压，同时还包括测量上电极上电流的电流测量装置。

混合穿刺模块还可以集成加热模块，在加温的同时测量穿刺电流，以模拟实际使用情况下的锂电池隔膜的电流穿刺特性。

厚度检测模块还包括光源调节电路，用于调节面光源强度；厚度检测模块的光电探测器用于检测透过锂电池隔膜的光，然后经过数据处理模块后送入工控机进行图像处理分析以得到锂电池隔膜的厚度信息，能够识别出锂电池隔膜上的划痕、破孔等缺陷。

厚度检测模块还包括置于面光源侧面的对照光电探测模块，该对照光电探测模块用于直接获取面光源光源强度，这是由于面光源由于长时间工作或者环境温度变化会导致光源光强度的变化，这种情况下会导致厚度检测误差。对照光电探测模块的输出信号也会通过数据处理模块送入工控机，工控机会根据采集到的对照光强来调节光源调节电路，以达到使得面光源产生的光强恒定。

拉伸检测模块包括拉伸夹块和两个不同方向用力的拉伸拉杆，拉伸夹块包括左拉伸夹块和右拉伸模块两个对称夹块，用于上下方向夹持锂电池隔膜，并且在拉伸夹块夹紧锂电池隔膜后，拉伸拉杆则左右用力拉伸锂电池隔膜。拉伸夹块由电磁铁驱动，拉伸拉杆步进电机驱动，并且所述拉伸拉杆上具有拉力传感器，能够感测拉伸拉杆上受到的拉力。

所述拉伸检测模块优选放置于面光源和光电探测器之间，拉伸检测模块只占据厚度检测模块的一部分，这样设置方便检测锂电池隔膜在拉伸状态下的厚度变化情况。

混合穿刺模块能够模拟锂电池隔膜在挤压和电压穿刺的双重作用下的抗穿刺性能；厚度检测模块采用面光源能够克服点光源使得到达锂电池隔膜的光强本身强度不一的导致的测量误差，对照光电探测模块的设置能够纠正所述面光源在长时间工作后引起的不稳定问题，拉伸检测模块置于厚度检测模块中，在进行拉伸检测时通过对照拉伸前后图像变化，以方便检测出锂电池隔膜的厚度变化以及可能出现的破孔等缺陷。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明的侧视结构示意图。

图2是本发明俯视结构示意图。

附图标记说明

1、输入压辊；2、锂电池隔膜；3-1、上压块；3-2、下压块；4-1、上电极；4-2、下电极；5、面光源；6、光电探测器；7、拉伸拉块；7-1、左拉伸夹块；7-2、右拉伸模块；8、输出压辊。

具体实施方式

实施例1

本发明提供的锂电池隔膜智能检测装置，如图1-2所示，包括：输入压辊1、输出压辊8，锂电池隔膜2，上压块3-1、下压块3-2、上电极4-1以及下电极4-2组成的混合穿刺模块，面光源5和光电探测器6组成的厚度检测模块，左拉伸夹块7-1和右拉伸模块7-2构成的拉伸检测模块。其中，锂电池隔膜2通过输入压辊1依次通过混合穿刺模块、厚度检测模块以及拉伸检测模块，最后通过输出压辊8将检测过的锂电池隔膜2输出出去。

其中，混合穿刺模块还包括两个气缸驱动模块（图未示出），两个气缸驱动模块的输出驱动杆分别驱动上压块3-1、下压块3-2向下、向上运动，即两个气缸同时驱动上压块3-1和下压块3-2夹紧锂电池隔膜，上压块3-1和下压块3-2相对于锂电池隔膜2呈镜像分布，同时，两个气缸驱动模块也相对锂电池隔膜2呈镜像分布。

混合穿刺模块还包括位于上压块3-1内的上电极4-1以及位于下压块3-2内的下电极4-2，在所述两个电极两端加载电位差为u的穿刺电压，同时还包括测量上电极4-1上电流的电流测量装置。

混合穿刺模块还可以集成加热模块，在加温的同时测量穿刺电流，以模拟实际使用情况下的锂电池隔膜的电流穿刺特性。

厚度检测模块还包括光源调节电路，用于调节面光源强度；厚度检测模块的光电探测器6用于检测透过锂电池隔膜2的光，然后经过数据处理模块后送入工控机进行图像处理分析以得到锂电池隔膜2的厚度信息，能够识别出锂电池隔膜上的划痕、破孔等缺陷。光电探测器可以为CCD器件，所述数据处理模块具备信号放大和模数转换功能。

厚度检测模块还包括置于面光源侧面的对照光电探测模块（图未示出），该对照光电探测模块用于直接获取面光源光源强度，这是由于面光源由于长时间工作或者环境温度变化会导致光源光强度的变化，这种情况下会导致厚度检测误差。对照光电探测模块的输出信号也会通过数据处理模块送入工控机，工控机会根据采集到的对照光强来调节光源调节电路，以达到使得面光源产生的光强恒定。

拉伸检测模块包括拉伸夹块7和两个不同方向用力的拉伸拉杆，拉伸夹块7包括左拉伸夹块7-1和右拉伸模块7-2两个对称夹块，用于上下方向夹持锂电池隔膜2，并且在拉伸夹块7夹紧锂电池隔膜2后，拉伸拉杆则左右用力拉伸锂电池隔膜2。拉伸夹块7由电磁铁驱动，拉伸拉杆步进电机驱动，并且所述拉伸拉杆上具有拉力传感器，能够感测拉伸拉杆上受到的拉力。

所述拉伸检测模块优选放置于面光源5和光电探测器6之间，如图1所示，拉伸检测模块只占据厚度检测模块的一部分，这样设置方便检测锂电池隔膜2在拉伸状态下的厚度变化情况。

实施例2

本发明还提供一种锂电池隔膜在线智能检测方法：

步骤1、在锂电池隔膜2进入锂电池隔膜智能检测装置之前进行初始化，具体如下：气缸驱动上下压块压紧后处于张开状态，以便于锂电池隔膜2通过；电磁铁夹紧初始化测试；面光源5点亮5秒后，工控机接收光电探测器6采集到的数据，等待采集到的数据稳定；由工控机确认各个模块都初始化正常，进图步骤2，否则调整相应模块；

步骤2、输入压辊1传输锂电池隔膜2进入各个检测模块，气缸驱动上下压块同时压紧锂电池隔膜2，在上下电极处施加电位差为U的电压；使用光电探测器6采集透过锂电池隔膜2的光强图像，经过图像处理后送入工控机处理；

步骤3、测量上下电极中的电流大小，并送入工控机处理；

步骤4、拉伸夹块7夹紧锂电池隔膜2，步进电机驱动拉伸拉杆拉动拉伸夹块7，然后采集拉伸拉杆中的拉力传感器数据，同时采集光电探测器6采集到的拉伸处的图像信息。

步骤5、工控机分别对混合穿刺检测模块、拉伸检测模块、厚度检测模块得到的数据进行处理：若上下电极中的电流超出预设阈值则报警；采集到的图像信息采用图像处理算法进行图像处理，得到锂电池隔膜的孔隙、膜厚信息，若超出预设标准则报警；若拉力传感器的拉力超出预设阈值则报警；比较拉伸处的膜厚、孔隙变化，若所述膜厚、孔隙变化超出预设阈值则报警。

步骤6、若步骤5中的各个检测模块的数据全部正常，则重新执行步骤2。

所述步骤5中的图像处理算法具体包括以下步骤：

步骤5.1、图像预处理流程：依次为读取图片、灰度变换、高斯滤波、边缘检测；

步骤5.2、图像矢量化：依次为轮廓跟踪、绘制矢量图、二值化处理得到二值化图像；

步骤5.3、根据绘制的矢量图中的尺寸数据计算锂电池隔膜的厚度和孔隙率。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种锂电池隔膜在线智能检测装置，包括混合穿刺检测模块、厚度检测模块和拉伸检测模块；其特征在于：

所述混合穿刺模块包括两个气缸驱动模块，所述两个气缸驱动模块的输出驱动杆分别驱动上压块向下运动、下压块向上运动；所述上压块内具有上电极，所述下压块内具有下电极；

所述厚度检测模块包括分别置于锂电池隔膜上下两侧的面光源和光电探测模块；

所述拉伸检测模块位于厚度检测模块中，在所述面光源和光电探测模块之间。

2.如权利要求1所述的锂电池隔膜在线智能检测装置，其特征在于：所述厚度检测模块还包括用于调节面光源强度的光源调节电路、置于面光源侧面的对照光电探测模块。

3.如权利要求2所述的锂电池隔膜在线智能检测装置，其特征在于：所述光电探测模块和对照光电探测模块都与数据处理模块连接，数据处理模块与工控机连接。

4.如权利要求1所述的锂电池隔膜在线智能检测装置，其特征在于：所述拉伸检测模块包括拉伸夹块和两个不同方向用力的拉伸拉杆，拉伸夹块包括左拉伸夹块和右拉伸模块两个对称夹块，用于上下方向夹持锂电池隔膜，并且在拉伸夹块夹紧锂电池隔膜后，拉伸拉杆则左右用力拉伸锂电池隔膜；拉伸夹块由电磁铁驱动，拉伸拉杆步进电机驱动，并且所述拉伸拉杆上具有拉力传感器，能够感测拉伸拉杆上受到的拉力。

5.如权利要求1所述的锂电池隔膜在线智能检测装置，所述上电极和下电极两端加载穿刺电压，所述混合穿刺模块还包括测量上电极电流的电流测量装置。

6.一种锂电池隔膜在线智能检测方法，其特征在于：

步骤1、在锂电池隔膜（2）进入锂电池隔膜智能检测装置之前进行初始化，具体如下：气缸驱动上下压块压紧后处于张开状态，以便于锂电池隔膜（2）通过；电磁铁夹紧初始化测试；面光源（5）点亮5秒后，工控机接收光电探测器（6）采集到的数据，等待采集到的数据稳定；由工控机确认各个模块都初始化正常，进入步骤2，否则调整相应模块；

步骤2、输入压辊（1）传输锂电池隔膜（2）进入各个检测模块，气缸驱动上下压块同时压紧锂电池隔膜（2），在上下电极处施加电位差为U的电压；使用光电探测器（6）采集透过锂电池隔膜（2）的光强图像，经过图像处理后送入工控机处理；

步骤3、测量上下电极中的电流大小，并送入工控机处理；

步骤4、拉伸夹块（7）夹紧锂电池隔膜（2），步进电机驱动拉伸拉杆拉动拉伸夹块（7），然后采集拉伸拉杆中的拉力传感器数据，同时采集光电探测器（6）采集到的拉伸处的图像信息；

步骤5、工控机分别对混合穿刺检测模块、拉伸检测模块、厚度检测模块得到的数据进行处理：若上下电极中的电流超出预设阈值则报警；采集到的图像信息采用图像处理算法进行图像处理，得到锂电池隔膜的孔隙、膜厚信息，若超出预设标准则报警；若拉力传感器的拉力超出预设阈值则报警；比较拉伸处的膜厚、孔隙变化，若所述膜厚、孔隙变化超出预设阈值则报警；

步骤6、若步骤5中的各个检测模块的数据全部正常，则重新执行步骤2。

7.如权利要求6所述的方法，所述步骤5中的图像处理算法具体包括如下步骤：

步骤5.1、图像预处理流程：依次为读取图片、灰度变换、高斯滤波、边缘检测；

步骤5.2、图像矢量化：依次为轮廓跟踪、绘制矢量图、二值化处理得到二值化图像；

步骤5.3、根据绘制的矢量图中的尺寸数据计算锂电池隔膜的厚度和孔隙率。