[發明專利]一種鋰離子電池檢測裝置

有效

• 申請號: 201410097943.0
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN103837581A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 夏慧;劉國強;李士強;李艷紅;夏正武;李曉南;張超;郭亮;陳晶;黃欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及電池檢測技術領域，特別涉及一種鋰離子電池的無損檢測方法及裝置。

背景技術

鋰離子電池具有零污染、零排放、能量密度高、體較小和循環使用壽命長等優點，在電動汽車、電力通信系統以及便攜式電子設備上作為核心部件發揮重要作用。因此對鋰離子電池的品質要求越來越高。在電動汽車領域，隨著全球經濟的不斷發展，對能源的需求和消耗日益增加，大力發展新能源汽車，用電代油是保證我國能源安全的戰略措施之一，同時國務院關于《電動汽車科技發展“十二五”專項規劃（摘要）》明確指出，我國將電氣化程度較高的純電動汽車作為新能源汽車發展只收，且制定了三步走的五年規劃，預計2020年純電驅動技術將占主導地位。純電動汽車和燃料電池汽車的發展將大幅度降低尾氣排放。而電池作為電動汽車的核心部件，其產品質量的保證尤為重要。在電力通信系統領域，電池對通信系統的運行與電能支撐、備用也起到重要作用。電池的設計使用壽命一般是8-10年，而統計數據表明電池壽命理想情況下能達到4-6年，普遍達不到設計要求，甚至有部分電池使用2-3年報廢。2010年烏魯木齊電業局統計數據進一步表明，由于蓄電池故障引起的通信電源事故達到35%。綜上所述，對電池的安全性能和可靠性檢測至關重要。

電池在制備、運輸以及使用的過程中容易出現的安全問題概括起來包括以下幾個方面：（1）由于電池設計工藝問題可能造成電池早期失效、漏液失水、變形裂縫；（2）由于電池的運行方式或級聯方法導致在電池組的周邊店址充放電效果變差；（3）由于供電質量及負載問題導致內部電解質溶液部分結晶，影響內阻。目前傳統的檢測方法采用多次充放電測量內阻或取樣解剖的方式進行檢測，這些檢測方法成本高、周期長、而且容易對電池造成二次破壞，因此急需一種能夠實時無損的電池檢測方法。通過專利檢索，“鋰離子電池的缺陷無損檢測方法”申請號201210402595，通過信號發射端向待測鋰離子電池發射超聲波信號，在接收端接收超聲波信號，利用發射信號強度和接收信號的強度判斷缺陷位置，該方法需要外加激勵。通過專利檢索近一步發現，針對鋰離子電池缺陷無損檢測方法都是采用次充放電測量內阻或取樣解剖的方式進行檢測，不能進行快速和非破壞性的檢測，而超聲的檢測方法需要外加激勵。

發明內容

本發明的目的是克服傳統檢測技術的周期長、成本高并對電池造成二次破壞的缺點，同時克服超聲檢測技術需要外加激勵源的特點，提出一種基于磁聲效應的鋰離子電池缺陷檢測裝置。本發明不需要對電池外加激勵電流，也不需要對電池進行二次破壞，只需要測量聲波信號即可，具有無損、快速檢測的功能。本發明可在電池質量評估及壽命預測方面發揮重要作用。

本發明的主要原理為：將待檢測的鋰離子電池置于靜磁場中，鋰離子電池在充電或者放電的瞬時，在外加磁場的作用下電池介質中產生洛倫茲力，洛倫茲力將導致聲信號的產生，通過在電池外部周圍布置的聲波探頭檢測聲波信號，利用聲波信號獲取電池內部介質的電阻抗信息，通過電阻抗的變化檢測電池的內部缺陷。

本發明的鋰離子電池檢測裝置主要包括聲探頭陣列、磁體系統、觸發系統、信號檢測處理系統、聲信號采集系統、電阻抗反演系統和缺陷判別系統。

所述的聲探頭陣列連接信號檢測處理系統，信號處理系統的輸入端連接觸發系統，信號系統的輸出端連接聲信號采集系統。在觸發系統的觸發控制下，信號處理系統和聲信號采集系統啟動工作。信號采集系統和電阻抗反演系統連接，電阻抗反演系統連接缺陷判別系統。磁體系統可以是電磁體也可以是永磁體，目的是為鋰離子電池提供給靜磁場。聲探頭陣列通過耦合劑和鋰離子電池的外殼接觸。

本發明鋰離子電池檢測系統的工作過程如下：

所述的觸發系統在鋰離子電池充電或放電的瞬時為信號處理系統提供觸發信號，信號處理系統和聲信號采集系統在觸發系統的控制下啟動工作。所述的鋰離子電池置于磁體系統中。聲波探頭陣列通過耦合劑與鋰離子電池外殼接觸，在鋰離子電池充電或放電的瞬時，鋰離子電池在靜磁場的作用下，鋰離子電池內部介質產生洛倫茲力，聲波探頭陣列接收聲波信號，聲波信號經過信號處理系統后由聲信號采集系統采集，采集到的聲波信號經過電阻抗反演系統獲得電池內部介質電阻抗信號，結合缺陷判別系統實現鋰離子電池內部介質缺陷的判斷。

本發明工作過程中由聲波探頭陣列獲取的聲波信號滿足聲壓波動方程：