CN112114038A - 一种斜入式声波检测电池老化的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种斜入式声波检测电池老化的方法，属于锂电池领域，用于评价方形锂离子电池老化程度，首先，在方形电池的同一个侧面设置两个三棱柱，三棱柱的横截面为三角形，一个声发射元件和一个声接收元件分别贴合在两个三棱柱的面积第二大的侧面上。然后，由声发射元件发射一个设定频率的声脉冲，在三棱柱的引导下，该声波斜着射入电池，在电池内传导，经过多次反射、折射，被声接收元件接收，并转换为数字波形；接着，将数字波形进行小波包变换，转换为强度‑时间‑频率三维图上的峰，测量设定频率下时域的半峰宽；最后，根据时域的半峰宽判定老化程度。本发明还公开了检测装置。本发明方法和装置能快速对锂离子电池老化状态进行评价。

Description

一种斜入式声波检测电池老化的方法和装置
技术领域
本发明属于锂电池领域，更具体地，涉及一种斜入式声波检测电池老化的方法和装置。
背景技术
锂离子电池使用过程中会发生老化、衰减，判断其老化程度对于其合理使用、残值估计意义重大。现有的技术方案通常需要对电池进行完整的充放电循环，根据剩余容量判断老化程度，耗时较长。
因此，迫切需要开发新的方法和装置，快速对锂离子电池老化状态进行评价。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种斜入式声波检测电池老化的方法和装置，旨在解决现有技术中没有简便、耗时短的设备或者方法对锂离子电池老化程度进行检测和评价的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种斜入式声波检测电池老化的方法，用于评价方形锂离子电池老化程度，首先，在方形电池的同一个侧面设置两个三棱柱，三棱柱的横截面为三角形，三角形的三个角分别为30°、60°、90°，两个三棱柱的面积最大的侧面均贴合在锂离子电池的面积最大的同一个侧面上，并且位置分别靠近方形电池长轴的两端部，两个三棱柱的棱与电池第二长的边的方向平行，两个30°的角朝向电池外侧，两个60°的角朝向电池内侧，一个声发射元件和一个声接收元件分别贴合在两个三棱柱的面积第二大的侧面上。然后，由声发射元件发射一个设定频率的声脉冲，在三棱柱的引导下，该声波斜着射入电池，在电池内传导，经过多次反射、折射，被声接收元件接收，并转换为数字波形，接着，将数字波形进行小波包变换，转换为强度-时间-频率三维图上的峰，测量设定频率下，时域的半峰宽，最后，根据时域的半峰宽判定方形锂离子电池老化程度。
进一步的，新鲜电池的半峰宽为W，半峰宽超过1.1W且小于1.2W的电池，判定其为轻微老化，轻微老化是指：80％<容量保持率<90％，半峰宽超过1.2W的电池判定其为严重老化，严重老化是指容量保持率<80％。
进一步的，由声发射元件发射一个10KHz频率的声脉冲。
进一步的，将数字波形进行小波包变换，转换为强度-时间-频率三维图上的峰，测量10KHz频率下，时域的半峰宽。
进一步的，三棱柱的横截面为三角形，三角形的最长边边长为2厘米～3厘米，三棱柱的棱长为2厘米～3厘米。
按照本发明的第二个方面，还提供一种斜入式声波检测电池老化的装置，其包括两个三棱柱、一个声发射元件和一个声接收元件，其中，两个三棱柱位于待检测的方形电池的同一个侧面，三棱柱的横截面为三角形，三角形的三个角分别为30°、60°、90°，一个声发射元件和一个声接收元件分别贴合在两个三棱柱的面积第二大的侧面上，工作时，两个三棱柱的面积最大的侧面均贴合于待检测方形锂离子电池的面积最大的同一个侧面上，并且位置分别靠近方形电池长轴的两端部，两个三棱柱的棱与待检测方形电池第二长的边的方向平行，两个30°的角朝向待检测方形电池外侧，两个60°的角朝向待检测方形电池内侧。
进一步的，一个声发射元件和一个声接收元件均为圆柱状。声发射元件为动圈发声器，声接收元件为振膜拾音器。
进一步的，所述三棱柱的材质为塑料。
本发明方法的原理是：电池老化后，内部的不均匀性增加，声波在电池内部的传播途径变得复杂，导致声波到达声接收元件的时间有快有慢，进而导致接收到的信号在时域上分布更宽。
本发明方法中，三棱柱和声学元件的设计，主要是考虑声波的传播途径会覆盖电池的中心区域，反映电池的平均变化。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：在方形电池的同一个侧面贴合两个三棱柱，一个声发射元件和一个声接收元件贴合在两个三棱柱上，设置三棱柱待待检测方形锂离子电池上的位置和角度，能保证在三棱柱的引导下，声波斜着射入电池，使得声波能在电池内较好传导，从而携带电池内部信息，经过多次反射、折射，出射声波被声接收元件接收，经数据处理能方便地根据时域的半峰宽判定方形锂离子电池老化程度。本发明方法和装置，能快速对锂离子电池老化状态进行评价。
附图说明
图1是本发明实施例中斜入式声波检测电池老化的装置。
在所有附图中，相同的附图标记自始至终表示相同的结构或者元件，其中：
1.声发射元件 2.三棱柱
3.声接收元件 4.正极
5.电池 6.负极
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种斜入式声波检测电池老化的方法，用于评价方形锂离子电池老化程度，首先，在方形电池的同一个侧面设置两个三棱柱，三棱柱的横截面为三角形，三角形的三个角分别为30°、60°、90°，两个三棱柱的面积最大的侧面均贴合在锂离子电池的面积最大的同一个侧面上，并且位置分别靠近方形电池长轴的两端部，两个三棱柱的棱与电池第二长的边的方向平行，两个30°的角朝向电池外侧，两个60°的角朝向电池内侧，一个声发射元件和一个声接收元件分别贴合在两个三棱柱的面积第二大的侧面上。然后，由声发射元件发射一个设定频率的声脉冲，在三棱柱的引导下，该声波斜着射入电池，在电池内传导，经过多次反射、折射，被声接收元件接收，并转换为数字波形，接着，将数字波形进行小波包变换，转换为强度-时间-频率三维图上的峰，测量设定频率下，时域的半峰宽，最后，根据时域的半峰宽判定方形锂离子电池老化程度。新鲜电池的半峰宽为W，半峰宽超过1.1W且小于1.2W的电池，判定其为轻微老化，轻微老化是指：80％<容量保持率<90％，半峰宽超过1.2W的电池判定其为严重老化，严重老化是指容量保持率<80％。
在本发明的一个实施例中，由声发射元件发射一个10KHz频率的声脉冲进行检测。测量10KHz频率下，时域的半峰宽。
图1是本发明实施例中斜入式声波检测电池老化的装置结构示意图，其中，1为声发射元件，2为三棱柱，3为声接收元件，4为正极，5为电池，6为负极。装置包括两个三棱柱、一个声发射元件和一个声接收元件，其中，两个三棱柱位于待检测的方形电池的同一个侧面，三棱柱的横截面为三角形，三角形的三个角分别为30°、60°、90°，一个声发射元件和一个声接收元件分别贴合在两个三棱柱的面积第二大的侧面上，工作时，两个三棱柱的面积最大的侧面均贴合于待检测方形锂离子电池的面积最大的同一个侧面上，并且位置分别靠近方形电池长轴的两端部，两个三棱柱的棱与待检测方形电池第二长的边的方向平行，两个30°的角朝向待检测方形电池外侧，两个60°的角朝向待检测方形电池内侧。一个声发射元件和一个声接收元件均为圆柱状。声发射元件为动圈发声器，声接收元件为振膜拾音器。三棱柱的材质为塑料。三棱柱的横截面为三角形，其中，三角形的最长边边长为2厘米～3厘米，三棱柱的棱长为2厘米～3厘米。
对一批同型号，不同老化程度的方形硬壳锂离子电池采用本发明装置和方法进行老化状态检测。该型号电池的尺寸为200mm x 100mm x 40mm。三棱柱和声发射元件、声接收元件的安装位置如图1所示。给声发射元件一个振幅50V，频率10KHz的单脉冲正弦激励信号，使其发出10KHz的声波。声接收元件接收到的信号，经过小波包变换，变成强度-时间-频率三维图上的峰，测量10KHz频率下时域的半峰宽。新鲜电池的半峰宽W为0.302毫秒。使用过的电池的剩余容量和半峰宽如下表所示：
表1同型号，不同老化程度的方形硬壳锂离子电池容量保持率检测结果
序号 容量/Ah 容量保持率 半峰宽 老化评判
1 121 1 0.302 新鲜电池
2 108 0.892562 0.333 轻微老化
3 93 0.768595 0.395 严重老化
4 54 0.446281 0.386 严重老化
5 45 0.371901 0.455 严重老化
6 50 0.413223 0.379 严重老化
7 60 0.495868 0.378 严重老化
8 94 0.77686 0.395 严重老化
9 112 0.92562 0.321 未老化
10 99 0.818182 0.343 轻微老化
由表可见，容量保持率在80～90％的电池，半峰宽在1.1～1.2W之间，判断为轻微老化；剩余容量保持率<80％的电池，半峰宽都>1.2W，判断为严重老化。对该批次电池，以半峰宽为依据，对老化程度的判断是准确的，进一步说明本发明方法和装置是可行的。
本领域的技术人员容易理解，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 (9)

1.一种斜入式声波检测电池老化的方法，其特征在于，用于评价方形锂离子电池老化程度，
首先，在方形电池的同一个侧面设置两个三棱柱，三棱柱的横截面为三角形，三角形的三个角分别为30°、60°、90°，两个三棱柱的面积最大的侧面均贴合在锂离子电池的面积最大的同一个侧面上，并且位置分别靠近方形电池长轴的两端部，两个三棱柱的棱与电池第二长的边的方向平行，两个30°的角朝向电池外侧，两个60°的角朝向电池内侧，一个声发射元件和一个声接收元件分别贴合在两个三棱柱的面积第二大的侧面上；
然后，由声发射元件发射一个设定频率的声脉冲，在三棱柱的引导下，该声波斜着射入电池，在电池内传导，经过多次反射、折射，被声接收元件接收，并转换为数字波形；
接着，将数字波形进行小波包变换，转换为强度-时间-频率三维图上的峰，测量设定频率下，时域的半峰宽；
最后，根据时域的半峰宽判定方形锂离子电池老化程度。
2.如权利要求1所述的一种斜入式声波检测电池老化的方法，其特征在于，新鲜电池的半峰宽为W，
半峰宽超过1.1W且小于1.2W的电池，判定其为轻微老化，轻微老化是指：80％<容量保持率<90％，
半峰宽超过1.2W的电池判定其为严重老化，严重老化是指容量保持率<80％。
3.如权利要求2所述的一种斜入式声波检测电池老化的方法，其特征在于，由声发射元件发射一个10KHz频率的声脉冲。
4.如权利要求3所述的一种斜入式声波检测电池老化的方法，其特征在于，将数字波形进行小波包变换，转换为强度-时间-频率三维图上的峰，测量10KHz频率下，时域的半峰宽。
5.一种斜入式声波检测电池老化的装置，其特征在于，其包括两个三棱柱、一个声发射元件和一个声接收元件，其中，
两个三棱柱位于待检测的方形电池的同一个侧面，三棱柱的横截面为三角形，三角形的三个角分别为30°、60°、90°，一个声发射元件和一个声接收元件分别贴合在两个三棱柱的面积第二大的侧面上，
工作时，两个三棱柱的面积最大的侧面均贴合于待检测方形锂离子电池的面积最大的同一个侧面上，并且位置分别靠近方形电池长轴的两端部，两个三棱柱的棱与待检测方形电池第二长的边的方向平行，两个30°的角朝向待检测方形电池外侧，两个60°的角朝向待检测方形电池内侧。
6.如权利要求5所述的一种斜入式声波检测电池老化的装置，其特征在于，一个声发射元件和一个声接收元件均为圆柱状。
7.如权利要求6所述的一种斜入式声波检测电池老化的装置，其特征在于，所述三棱柱的材质为塑料。
8.如权利要求7所述的一种斜入式声波检测电池老化的装置，其特征在于，声发射元件为动圈发声器，声接收元件为振膜拾音器。
9.如权利要求8所述的一种斜入式声波检测电池老化的装置，其特征在于，三棱柱的横截面为三角形，三角形的最长边边长为2厘米～3厘米，三棱柱的棱长为2厘米～3厘米。
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XIANGRONG KONG等: "State of Health Estimation for Lithium-Ion Batteries", 《IFAC-PAPERSONLINE》, vol. 51, no. 18, pages 667 - 671 *
邓哲等: "超声技术在哩离子电池表征中的应用", 《储能科学与技术, vol. 8, no. 6, pages 1033 - 1039 *

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