一种电池电压分布的视觉信号处理方法

技术领域

本发明涉及锂电池检测技术领域，尤其涉及一种电池电压分布的视觉信号处理方法。

背景技术

锂离子电池根据结构的不同可大致分为软包电池,圆柱电池,以及方形电池,但相同的是它们均是一个复杂而封闭的电化学系统,由于其内部电化学反应高度依赖于温度,电解质浓度等条件,故在电池内部各处的反应程度是不同的,这也是电芯内部各处不均匀老化的来源。

带来不均匀老化的直接原因则是局部阻抗的增加,而局部阻抗的不均匀会造成不同位置单元形成不同的极化电压，致使各处位置单元的实际对锂电压不同。因此,各处极化电压即是此处电极老化程度的一种体现。

此外，当前锂离子的快充性能是锂离子电池各种领域应用所急需提升的能力，而快充势必会在电池内部形成更加差异化分布的极化电压，并且在极化较大的区域甚至会造成锂金属的沉积，严重的锂枝晶生长甚至会刺穿隔膜导致电池内部短路(I SC)，进而引发电池热失控。识别电芯内极化电压较大的部位，分析极化产生的原因后对电芯设计进行改进对于保证电芯的寿命以及安全性都是非常重要的。尽管电池的正负极引出端子可以采集到电芯电压，但是此时采集到的电压为正负极整体的平均电势差，难以对于电芯内部各位置单元的极化电压分布进行表征。

综上所述，建立一种锂离子对于电芯内部各电压分布检测方法对于电池产品的开发则起着巨大的指导意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池电压分布的视觉信号处理方法，能够精准检测锂离子电池内部各处的电压分布结果，对电池产品的开发与体系的优化具有重大指导意义。

本发明公开的一种电池电压分布的视觉信号处理方法所采用的技术方案是:

一种电池电压分布的视觉信号处理方法，包括以下步骤：

S1制备电池，制备以石墨材料为负极的小型电池；

S2恒压充电，将步骤S1中制备的电池以恒压充电方式，将其充电至不同电压；

S3拍摄灰度照片，将充电完成的电池进行拆解，并且利用多光源相机对负极片在不同波长背景光源下进行平铺拍摄，获得不同波长背景光源下的灰度照片；

S4，建立灰度与电压的线性关系对应谱，在步骤S3所拍摄的照片中，选取特定像素点范围的照片进行灰度值计算，拟合不同波长下灰度与电压间的线性关系，得到电压-灰度的线性关系对应谱。

作为优选方案，所述多光源相机采用多光源黑白相机。

作为优选方案，所述照片像素点范围为大于10个像素点。

本发明公开的一种电池电压分布的视觉信号处理方法的有益效果是：由于石墨材料在嵌锂过程中因为等离子体频率的变化，会显现出从灰，深蓝，红到金色的变化过程，此过程对外体现出的光学信号会发生变化，因此，通过多光源成像技术可以记录此光学信号，能够精准检测锂离子电池内部各处的电压分布结果，对电池产品的开发与体系的优化具有重大指导意义。

附图说明

图1是本发明一种电池电压分布的视觉信号处理方法的流程图。

图2是实施例中灰度计算结果图。

图3是实施例中两个区间内电压与对应波长下的灰度进行线性相关性计算结果图。

图4是18650电芯所对应点位的电压计算结果图。

图5是图4中所示电芯内部电压分布结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述和说明:

在本实施例中，以循环后18650型圆柱锂离子电池(正极NCM，负极石墨)作为研究对象。

请参考图1，一种电池电压分布的视觉信号处理方法，，包括以下步骤：

S1制备电池，制备以石墨材料为负极的小型电池，灰度线性谱的标定，此实例软包电池制备标准谱，利用上述电池同款配方的正负极极片制备软包电池。

S2恒压充电，将步骤S1中制备的电池以恒压充电方式，将其充电至不同电压，本实施例电压分别为：3.6、3.65、3.7、3.75、3.8、3.85、3.9、4.0、4.25、4.05、4.075、4.1、4.125、4.15、4.175、4.2V，恒压充电过程是为了尽可能消除此时的极化电压对于实际电压-波长，灰度线性关系的影响，建立精准的电压-波长，灰度线性关系。

S3拍摄灰度照片，将充电完成的电池进行拆解，并且利用多光源相机对负极片在不同波长背景光源下进行平铺拍摄，获得不同波长背景光源下的灰度照片；

S4，建立灰度与电压的线性关系对应谱，在步骤S3所拍摄的照片中，选取特定像素点范围的照片进行灰度值计算，本实例采用八光源黑白相机对电池负极片进行不同背景光源下的拍摄，获得各波长背景光源下的灰度照片，并在照片内选取小范围进行灰度值计算。灰度计算结果见图2，本实例为30个像素点。拟合不同波长下灰度与电压间的线性关系，得到电压-灰度的线性关系对应谱。

可以见到在紫外光背景以及绿光背景下的灰度在相应的电压区间内紫外3.648-4.045V，绿光4.07-4.182V呈现线性关系，对两个区间内电压与对应波长下的灰度进行线性相关性计算，计算结果如图3所示：

紫外光下，灰度与3.648-4.045V内的电池电压成线性负相关，相关系数-97.12％；绿光下，灰度与4.07-4.182V内的电池电压成线性正相关，相关系数97.27％。且两种光源下电压(U)与灰度(H)间的线性拟合关系见下式：

紫外：H＝-76.716U+344.38,(3.648≤U≤4.045)

绿光:H＝227.19U-825.43,(4.07≤U≤4.182)

对18650电芯进行大倍率充电后拆解，取出负极极片利用多光源相机进行拍摄，对需要的地方进行紫外光以及绿光下的灰度计算，与标准线性谱的计算区域大小相同，此实例为30个像素点，将计算结果与上述公式相对应，即可计算各点的电压。计算结果如图4所示，下表所示极片中所标注蓝色位点为识别位点，从左至右共八列，从上至下共58行。根据图4中紫外以及绿光下电压-灰度线性关系计算的电压分布值，对极片上电势分布的等势线进行计算，得到如图5所示电芯内部电压分布结果。

从而可通过通过多光源成像技术可以记录此光学信号，能够精准检测锂离子电池内部各处的电压分布结果，对电池产品的开发与体系的优化具有重大指导意义。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。