[發明專利]基于超聲波的電池內部健康狀態檢測裝置和方法

有效

• 申請號: 201910329979.X
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110031548B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 金鵬;周夢蘭;馬曉明;季軍平;熊思琴
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/07;G01N29/11;G01N29/36;G01N29/44;G01R31/392
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 張海平;郭燕

本申請提供基于超聲波透射的電池內部健康狀態檢測裝置和方法，以及基于超聲波反射的電池內部健康狀態檢測裝置和方法。本發明的檢測裝置和方法通過靠近待測電池的中央的檢測點接收到的超聲波信號和偏離待測電池的中央的檢測點接收到的超聲波信號在超聲波波形、超聲波飛行時間和超聲波強度方面的超聲波數據離散程度來指示待測電池的電池內部健康狀態，可以直接用于定性或定量判斷廢舊電池的內部健康狀態，為廢舊電池的分級和梯次利用提供指導。本發明的檢測裝置和方法不損傷電池，靈敏度高，結構簡單，成本低，測速度快，檢測過程簡單，操作方便，適用性廣。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及基于超聲波的電池內部健康狀態檢測裝置和方法。該檢測裝置和方法尤其可應用于篩選退役鋰離子電池以進行二次利用。

背景技術

隨著新能源汽車市場迎來井噴式發展，其最核心部件鋰離子動力電池開始進入大規模報廢退役期。退役動力電池本身仍保留80％左右的電池容量，將其回收后進行二次利用，可節約大筆經濟成本并可解決環境污染問題。動力電池在服役期間可能產生鼓脹、發軟、漏液、性能衰減、溫度過高等各類失效問題，所以首先需要對退役鋰離子電池的內部健康狀態進行檢測，剔除存在受損和缺陷的壞電池，回收有二次利用價值的電池。其次，由于服役環境的差異，退役鋰離子電池的健康狀態和剩余壽命一致性低，若對退役鋰離子電池不加甄別而直接重組在一起進行二次利用，將導致短板效應和安全問題。因此在退役鋰離子電池二次利用之前，必須進行檢測篩選，挑選出綜合性能良好且較為一致的退役鋰離子電池進行二次利用。

電池由正極、負極和隔膜層疊或卷繞而成，電池內部包括正負極活性材料、粘合劑、電解質、導電劑等各種材料，種類繁多，結構復雜精細，要準確地評估電池的健康狀態和剩余壽命，通常耗時耗力，十分困難。目前對鋰離子電池的檢測主要方法有恒電流測試法、恒功率測試法、脈沖測試法、阻抗測試法、電流積分法、卡爾曼濾波法、神經網絡法等。這些方法主要針對鋰離子電池的電學參數變化進行分析與處理，存在成本高、耗時長、損耗大等問題。隨著全球對鋰離子電池的研究投入增加，鋰離子電池技術發展迅速，制備鋰離子電池的工藝不斷優化，能量密度不斷提高，成本不斷降低。如果在退役鋰離子電池的檢測和篩選階段耗費大量人力物力，成本上升，與新生產的鋰離子電池的相比不具備競爭力，則在經濟上失去了電池回收二次利用的意義。但是，如果不回收利用退役鋰離子電池，則在環保上失去了電池回收二次利用的應有之義。

超聲波檢測法是利用超聲波與試件的相互作用，通過研究透射、反射的超聲波，對試件進行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量、組織結構和力學性能變化的檢測和表征的檢測技術。超聲波穿透能力強，可對較大厚度范圍內的試件內部缺陷進行無損檢測，不需要對試件進行拆解，具有方便快速、成本低的優點。已有將超聲波檢測法應用于電池檢測的現有技術，例如中國專利申請CN 106772063 A(名稱“一種監測鋰離子電池荷電狀態和健康狀態的方法及其裝置”，公開日2017年5月31日)和中國專利申請CN 106979761 A(名稱“一種鋰離子電池內部各層級厚度及表面形貌的檢測方法”，公開日2017年7月25日)。但這些電池超聲波檢測技術沒有考慮到電池各部位對超聲波響應的差異，因此，現有的技術仍有待改進。

發明內容

本發明的目的在于提供基于超聲波的電池內部健康狀態檢測裝置和方法，通過比較電池中央區域的超聲波透射或反射信號與電池中央周邊區域的超聲波透射或反射信號的差異，來判斷電池的電池內部健康狀態。

因此，在第一方面，本發明提供一種基于超聲波透射的電池內部健康狀態檢測裝置，該裝置包括：

超聲波探頭、電池承載與移動單元和計算機單元，該超聲波探頭包括超聲波發射探頭和超聲波接收探頭；

該超聲波發射探頭被布置成朝向待測電池的第一檢測面，用于向待測電池發射超聲波信號，該超聲波接收探頭被布置成朝向待測電池的與第一檢測面相對的第二檢測面，用于接收從待測電池透射的超聲波信號；