CN109521367A - 一种锂离子动力电池过充/过放检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子动力电池过充/过放检测系统，包括：锂离子电池测量子系统，用于测量电池单体的层析图像信息和电化学特性信息；层析图像信息处理子系统，用于对层析图像信息进行图像处理及目标特征提取，获取定量表征锂离子电池结构性能的电池内部结构形态特征信息；过充/过放识别子系统，用于综合分析检测到的电化学特性信息和电池内部结构形态特征信息，对锂离子电池的过充/过放进行识别。本发明针对单体电池不一致性引发的过充/过放具有隐蔽性和滞后性的特点，通过对锂离子电池内部形态和电化学性能的综合检测，实现了电池过充/过放的准确和无损检测，有效避免由于电池过充/过放引起的热失控问题，对于提高电池的安全性具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电池过充/过放检测技术领域，特别是涉及一种锂离子动力电池过充/过放检测系统。
技术背景
随着地球上不可再生矿物资源的过度开采和大规模使用，环境问题越来越突出，传统燃油车尾气排放环境污染的主要来源之一，为应对日益恶化的资源和环境问题，世界各国纷纷大力推动新能源汽车技术发展。作为新能源汽车的关键部件，动力电池性能的优劣直接影响的整车的性能，而锂离子电池具有无记忆性、循环寿命长等优点，在新能源汽车上得到了广泛的应用，但安全问题也日渐突出。
由于单体电池无法满足高能量、高功率的需求，动力电池总成通常由大量单体电池通过串并联的方式组成，而单体电池内阻的不一致性容易引发内阻过大的单体电池产生过充/过放现象，虽然电池管理系统（BMS）具有电池过充过放保护功能，但BMS控制的电池电压容易受到温度和充放电倍率的影响。若不能及时发现电池过充/过放现象，可能会由于局部温度过高发生热失控甚至是起火爆炸，这严重危害了乘员及周围环境的安全。因此，准确地检测过充和过放对推动动力电池的技术发展具有重要意义。
要检测锂离子动力的过充/过放，需要结合电化学性能和内部结构形态两个方面，综合运用电化学性能检测与层析图像的内部结构形态检测，有利于提高锂离子电池过充/过放检测的准确性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种锂离子动力电池过充/过放检测系统，通过分析锂离子电池电化学性能参数与内部结构形态参数，解决了锂离子电池过充/过放难以准确检测的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种锂离子动力电池过充/过放检测系统，包括锂离子电池测量子系统、层析图像信息处理子系统和过充/过放识别子系统；
所述锂离子电池测量子系统用于测量电池单体的层析图像信息和电化学特性信息；
所述层析图像信息处理子系统用于对测量得到的层析图像信息进行图像处理后进行目标特征提取，从而获取能全面且定量表征锂离子电池结构性能的电池内部结构形态特征信息；
所述过充/过放识别子系统用于综合分析检测到的所述电化学特性信息和所述电池内部结构形态特征信息，对锂离子电池的过充/过放进行识别。
进一步地，所述锂离子电池测量子系统包括层析图像测量模块、电化学特性测量模块；
所述层析图像测量模块用于快速无损的获取锂离子电池的三维CT图像，得到层析图像信息；
所述电化学特性测量模块用于测量锂离子电池充放电过程中的电化学特性信息。
进一步地，所述的层析图像测量模块包括微焦点射线管，平板探测器、机械装置和工业计算机；
所述微焦点射线管用于向锂离子电池发射稳定的X射线束得到表征电池内部物质密度信息的光信号；
所述机械装置用于调整被测锂离子电池与微焦点射线管、平板检测器之间的距离和角度；
所述平板检测器用于接受透射过锂离子电池的X射线、检测X射线的强度并将光信号转换为表征电池内部形态的电信号发送至所述工业计算机；
所述工业计算机用于获取扫描得到的电信号，并对三维图像进行重建得到锂离子电池的三维CT图像，得到层析图像信息。
进一步地，所述电化学特性测量模块包括控制计算机、充放电设备、数据采集卡、恒温箱；
所述控制计算机用于通过与数据采集卡的数据交互获取并记录电池信息，并控制充放电设备的输出；
所述充放电设备用于根据设置的充放电条件对动力电池进行充放电；
所述数据采集卡用于获取充放电过程中电池的电化学性能信息；
所述恒温箱用于为测试电池提供稳定的的温度条件。
进一步地，所述电化学特性信息包括内短路电阻、电压、容量参数。
进一步地，所述的层析图像信息处理子系统包括层析图像后处理模块和目标特征提取模块；
所述层析图像后处理模块用于对测量得到的层析图像信息进行后处理，通过目标图像切割、标度变换和亚像素插补法，将无意义的背景图像去除，增强目标图像的密度空间信息和几何空间信息，得到反映电池内部结构形态信息的目标区域；
所述目标特征提取模块用于提取目标层析图像区域的密度分布特征，以及提取目标层析图像区域的灰度信息，进而获取相对应的析气/铜信息，最终得到可定量分析的电池内部结构形态特征信息。
进一步地，所述过充/过放识别子系统包括电化学与形态信息分析模块与过充/过放识别模块；
所述电化学与形态信息分析模块用于将测量得到的所述电化学特性信息与经过处理得到的电池内部结构形态特征信息进行相应算法处理，从而得到可表征电池过充/过放状态的参数信息；
所述过充/过放识别模块用于对考虑电池内部结构形态特征信息和电化学特性信息得到的综合特征信息进行判定，从而准确的检测出电池是否存在过充/过放现象。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明综合运用了电化学性能检测和层析图像内部结构形态检测，将电化学检测方法得到的容量、电压等电化学信息与层析图像得到的灰度信息、密度分布信息结合起来，克服了电化学检测方法容易受到电池老化、温度、放电倍率等因素的干扰，而目前电池内部结构形态检测方法如透射电镜（TEM）、电镜扫描（SEM）等具有破坏性、观察信息不全面的问题，解决了锂离子电池过充/过放的难以准确检测的难题。
附图说明
图1是本发明的一种锂离子动力电池过充/过放检测系统结构示意图；
图2是图1中锂离子电池测量子系统的结构示意图；
图3是图1中层析图像信息处理子系统的结构示意图；
图4是图1中过充/过放识别子系统的结构示意图；
图5是锂离子电池测量子系统的工作原理图；
图6是图2中层析图像测量模块的的工作原理图；
图7是层析图像信息处理子系统的工作原理图；
图8是过充/过放识别子系统的工作原理图；
图9是本发明整体的工作原理示意图。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种锂离子电池过充/过放检测系统，包括锂离子电池测量子系统1、层析图像信息处理子系统2和过充/过放识别子系统3；
所述锂离子电池测量子系统1用于测量电池单体的层析图像信息和电化学特性信息，所述电化学特性信息包括内短路电阻、电压、容量等参数；
所述层析图像信息处理子系统2用于对测量得到的层析图像信息进行图像处理后进行目标特征提取，从而获取能全面且定量表征锂离子电池结构性能的电池内部结构形态特征信息；
所述过充/过放识别子系统3用于综合分析检测到的所述电化学特性信息和所述电池内部结构形态特征信息，对锂离子电池的过充/过放进行识别。
具体而言，如图2所示，所述锂离子电池测量子系统1包括层析图像测量模块11、电化学特性测量模块12；
所述层析图像测量模块11用于快速无损的获取锂离子电池的三维CT图像，得到层析图像信息；
所述电化学特性测量模块12用于测量锂离子电池充放电过程中的电压、容量、内短路电阻等电化学特性信息。
如图5所示为本发明锂离子电池测量系子统1的工作原理图。该子系统由层析图像测量模块11和电化学性能测量模块12分别独立的测得锂离子动力相应的层析图像信息和电压、内短路电阻、容量等电化学特性信息。
具体而言，所述的层析图像测量模块11包括微焦点射线管111，平板探测器113、机械装置112和工业计算机114；
所述微焦点射线管111用于向锂离子电池发射稳定的X射线束得到表征电池内部物质密度信息的光信号；
所述机械装置112用于调整被测锂离子电池与微焦点射线管111、平板检测器113之间的距离和角度；
所述平板检测器113用于接受透射过锂离子电池的X射线、检测X射线的强度并将光信号转换为表征电池内部形态的电信号发送至所述工业计算机114；
所述工业计算机114用于获取扫描得到的电信号，并对三维图像进行重建得到锂离子电池的三维CT图像，得到层析图像信息。
如图6所示为本发明层析图像测量模块11的工作原理图。所述微焦点射线管111产生稳定的X射线束，通过X射线穿过电池的衰减程度反映电池物质的密度信息，由平板探测器113接受透射过锂离子电池的X射线，并检测X射线的强度，并将光信号转换为电信号、对电信号进行检测，之后所述工业计算机114获取扫描得到的数据，并依据一定的算法对三维图像进行重建。测量过程中由机械装置112调整被测电池与平板探测器和微焦点射线管的距离和角度。
具体而言，所述电化学特性测量模块包括控制计算机、充放电设备、数据采集卡、恒温箱；
所述控制计算机用于通过与数据采集卡的数据交互获取并记录电池信息，并控制充放电设备的输出；
所述充放电设备用于根据设置的充放电条件对动力电池进行充放电；
所述数据采集卡用于获取充放电过程中电池的电化学性能信息；
所述恒温箱用于为测试电池提供稳定的的温度条件。
具体而言，如图3所述，所述的层析图像信息处理子系统2包括层析图像后处理模块21和目标特征提取模块22；
所述层析图像后处理模块21用于对测量得到的层析图像信息进行后处理，通过目标图像切割、标度变换和亚像素插补法，将无意义的背景图像去除，增强目标图像的密度空间信息和几何空间信息，得到反映电池内部结构形态信息的目标区域；
所述目标特征提取模块22用于提取目标层析图像区域的密度分布特征，以及提取目标层析图像区域的灰度信息，进而获取相对应的析气/铜信息，最终得到可定量分析的电池内部结构形态特征信息。
如图7为本发明的层析图像信息处理子系统2的工作原理图。该系统首先由层析图像后处理模块21对测量得到的层析图像信息进行后处理，通过目标区域切割、标度变换、亚像素插补法得到可以反映电池内部结构形态信息的目标层析图像区域，然后通过目标特征提取模块22对目标层析图像区域进行定量信息提取，得到析气/铜、密度分布特征等内部结构形态信息。
具体而言，如图4所示，所述过充/过放识别子系统3包括电化学与形态信息分析模块31与过充/过放识别模块32；
所述电化学与形态信息分析模块31用于将测量得到的所述电化学特性信息与经过处理得到的电池内部结构形态特征信息进行相应算法处理，从而得到可表征电池过充/过放状态的参数信息；
所述过充/过放识别模块32用于对考虑电池内部结构形态特征信息和电化学特性信息得到的综合特征信息进行判定，从而准确的检测出电池是否存在过充/过放现象。
图8为本发明的过充/过放识别子系统3的工作原理图。所述电化学和形态信息分析模块31通过算法综合处理由电化学信息测量模块12得到的电化学特性信息和层析图像信息处理子系统2得到的内部结构形态信息，通过运算处理得到可以表征过充/过放状态的参数信息。
图9为本发明整体的工作原理示意图。所述锂离子电池测量子系统1测量得到电池的电化学特性信息和层析图像信息，所述层析图像信息经由层析图像信息处理子系统2后处理，得到电池的内部结构信息，最后由过充/过放识别子系统综合处理电化学特性信息和内部结构形态信息，通过运算和识别得到电池的过充/过放状态。
以上仅为本发明的优选实施例,并不限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有多种形式的改动。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种锂离子动力电池过充/过放检测系统，其特征在于：包括锂离子电池测量子系统、层析图像信息处理子系统和过充/过放识别子系统；
所述锂离子电池测量子系统用于测量电池单体的层析图像信息和电化学特性信息；
所述层析图像信息处理子系统用于对测量得到的层析图像信息进行图像处理后进行目标特征提取，从而获取能全面且定量表征锂离子电池结构性能的电池内部结构形态特征信息；
所述过充/过放识别子系统用于综合分析检测到的所述电化学特性信息和所述电池内部结构形态特征信息，对锂离子电池的过充/过放进行识别。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池过充/过放检测系统，其特征在于：所述锂离子电池测量子系统包括层析图像测量模块、电化学特性测量模块；
所述层析图像测量模块用于快速无损的获取锂离子电池的三维CT图像，得到层析图像信息；
所述电化学特性测量模块用于测量锂离子电池充放电过程中的电化学特性信息。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子动力电池过充/过放检测系统，其特征在于：所述的层析图像测量模块包括微焦点射线管，平板探测器、机械装置和工业计算机；
所述微焦点射线管用于向锂离子电池发射稳定的X射线束得到表征电池内部物质密度信息的光信号；
所述机械装置用于调整被测锂离子电池与微焦点射线管、平板检测器之间的距离和角度；
所述平板检测器用于接受透射过锂离子电池的X射线、检测X射线的强度并将光信号转换为表征电池内部形态的电信号发送至所述工业计算机；
所述工业计算机用于获取扫描得到的电信号，并对三维图像进行重建得到锂离子电池的三维CT图像，得到层析图像信息。
4.根据权利要求2所述的一种锂离子动力电池过充/过放检测系统，其特征在于：所述电化学特性测量模块包括控制计算机、充放电设备、数据采集卡、恒温箱；
所述控制计算机用于通过与数据采集卡的数据交互获取并记录电池信息，并控制充放电设备的输出；
所述充放电设备用于根据设置的充放电条件对动力电池进行充放电；
所述数据采集卡用于获取充放电过程中电池的电化学性能信息；
所述恒温箱用于为测试电池提供稳定的的温度条件。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池过充/过放检测系统，其特征在于：所述电化学特性信息包括内短路电阻、电压、容量参数。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池过充/过放检测系统，其特征在于：所述的层析图像信息处理子系统包括层析图像后处理模块和目标特征提取模块；
所述层析图像后处理模块用于对测量得到的层析图像信息进行后处理，通过目标图像切割、标度变换和亚像素插补法，将无意义的背景图像去除，增强目标图像的密度空间信息和几何空间信息，得到反映电池内部结构形态信息的目标区域；
所述目标特征提取模块用于提取目标层析图像区域的密度分布特征，以及提取目标层析图像区域的灰度信息，进而获取相对应的析气/铜信息，最终得到可定量分析的电池内部结构形态特征信息。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池过充/过放检测系统，其特征在于：所述过充/过放识别子系统包括电化学与形态信息分析模块与过充/过放识别模块；
所述电化学与形态信息分析模块用于将测量得到的所述电化学特性信息与经过处理得到的电池内部结构形态特征信息进行相应算法处理，从而得到可表征电池过充/过放状态的参数信息；
所述过充/过放识别模块用于对考虑电池内部结构形态特征信息和电化学特性信息得到的综合特征信息进行判定，从而准确的检测出电池是否存在过充/过放现象。
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