电解液浸润状态非线性空气耦合超声监测方法和装置与流程

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及锂离子电池的电解液浸润状态非线性空气耦合超声监测方法和装置。

背景技术：

1、在锂离子电池(lithium-ion battery,lib)生产过程中，电解液的填充与浸润效果对锂离子电池的性能与安全具有重要影响。

2、由于缺乏合适技术对锂离子电池生产过程电解液浸润状态进行监测与评估，电池制造商通常做法是在完成电解液填充后，需要等待数小时才能确保电解液的充分浸润(即电解液完全吸收到电极和隔膜的孔隙中)，这显著影响了锂离子电池的生产效率。

3、另一方面，未经电解液浸润状态检测的锂离子电池的使用性能与安全性也无法完全保障。

技术实现思路

1、本发明要解决的一个技术问题是：利用非线性超声波对锂离子电池内部结构与力学性能微小变化的高敏感性，基于空气耦合非线性超声传感技术构建用于锂离子电池电解液浸润状态的监测方法和装置，实现锂离子电池生产过程中电解液浸润状态的在线、实时评估和监测。

2、本发明要解决的另一个技术问题是：针对传统接触式超声传感器需要粘贴在待测物体表面的劣势，本发明采用聚焦型空气耦合超声探头，在不接触电池表面的前提下向电池激发并接收超声波。

3、为了解决上述技术问题，本发明所采用的一个技术方案是：一种电解液浸润状态非线性空气耦合超声监测方法，其包括：

4、步骤1，利用布置在锂离子电池两侧的一对空气耦合超声探头对该锂离子电池中的某一点进行超声波的激发与原始超声信号采集；

5、步骤2，对采集到的原始超声信号进行短时傅里叶变换得到原始超声信号的频谱图；

6、步骤3，在频谱图中提取原始超声信号在基频和二倍频上的频谱曲线，进而得到原始超声信号在基频和二倍频上的强度，分别为原始超声信号的线性特征与非线性特征；

7、步骤4，定义原始超声信号在二倍频与基频上的强度的比值为指示因子，利用该指示因子对锂离子电池内该点的电解液浸润状态进行表征；

8、步骤5，通过移动该一对超声探头对该锂离子电池内各点进行扫查，完成该锂离子电池内部电解液浸润状态的整体表征与评估。

9、优选的，步骤5中，检查扫查是否结束，如果否则移动该一对超声探头到下一点，返回步骤1，如果是则扫查结束完成该锂离子电池内部电解液浸润状态的整体表征与评估。

10、优选的，步骤5中，使用幅值成像算法对锂离子电池各点的指示因子进行归一化，之后进行彩色成像或灰度成像，进而实现电解液浸润状态的可视化，以完成该锂离子电池内部电解液浸润状态的整体表征与评估。

11、优选的，空气耦合超声探头采用聚焦型空气耦合超声探头。

12、为了解决上述技术问题，本发明所采用的另一个技术方案是：一种电解液浸润状态非线性空气耦合超声监测装置，其包括：工件放置架、操作面板、控制箱、超声主机、x轴驱动电机、y轴驱动电机、一对空气耦合超声探头和平面双轴扫查架；

13、工件放置架用于承载锂离子电池；

14、一对空气耦合超声探头固定在平面双轴扫查架上，锂离子电池两侧，用于激发超声波与接收原始超声信号；

15、x轴驱动电机、y轴驱动电机用于驱动平面双轴扫查架，实现一对空气耦合超声探头在平面内的移动，完成对锂离子电池各点的扫查；

16、操作面板设置在控制箱一侧，超声主机设置在控制箱内，操作面板和超声主机用于控制一对空气耦合超声探头、x轴驱动电机和y轴驱动电机，以进行超声信号的激励与信号采集，并对采集到的原始超声信号进行短时傅里叶变换得到原始超声信号的频谱图，在频谱图中提取原始超声信号在基频和二倍频上的频谱曲线，利用原始超声信号在二倍频与基频上的强度的比值为指示因子对所述锂离子电池内各点的电解液浸润状态进行表征。

17、优选的，超声主机还用于使用幅值成像算法对锂离子电池各点的指示因子进行归一化，之后进行彩色成像或灰度成像，进而实现电解液浸润状态的可视化，以完成该锂离子电池内部电解液浸润状态的整体表征与评估。

18、优选的，空气耦合超声探头采用聚焦型空气耦合超声探头。

19、本发明具有以下有益效果：

20、本发明利用非线性超声波对物体内部结构及力学性能微小改变极其敏感的优势，对处于电解液浸润阶段的锂离子电池进行非线性超声扫查，获取不同浸润阶段电池中传播的超声波的线性与非线性特征，能够实现更好的电解液浸润状态监测的准确度和分辨率。

21、本发明采用聚焦型空气耦合超声探头，在不接触电池表面的前提下向电池激发并接收超声波，大大提高了测量与监测的效率。

22、本发明广泛应用于多种类型的锂离子电池的生产过程，实现电解液浸润程度的主动测量与监测，提高电池生产效率与产品合格率。

23、本发明可以保障电池中电解液的完全、充分浸润，提高电池性能并延长电池使用寿命。

24、本发明还可以进一步推广至退役电池的健康状态检测，推动电池的有效回收与二次利用。

1.一种电解液浸润状态非线性空气耦合超声监测方法，其特征在于，其包括：

2.如权利要求1所述电解液浸润状态非线性空气耦合超声监测方法，其特征在于，所述步骤5中，检查扫查是否结束，如果否则移动所述一对超声探头到下一点，返回步骤1，如果是则扫查结束，完成所述锂离子电池内部电解液浸润状态的整体表征与评估。

3.如权利要求1或2所述电解液浸润状态非线性空气耦合超声监测方法，其特征在于，所述步骤5中，使用幅值成像算法对锂离子电池各点的指示因子进行归一化，之后进行彩色成像或灰度成像，进而实现电解液浸润状态的可视化，以完成该锂离子电池内部电解液浸润状态的整体表征与评估。

4.如权利要求3所述电解液浸润状态非线性空气耦合超声监测方法，其特征在于，所述空气耦合超声探头采用聚焦型空气耦合超声探头。

5.一种电解液浸润状态非线性空气耦合超声监测装置，其特征在于，其包括：工件放置架、操作面板、控制箱、超声主机、x轴驱动电机、y轴驱动电机、一对空气耦合超声探头和平面双轴扫查架；

6.如权利要求5所述电解液浸润状态非线性空气耦合超声监测装置，其特征在于，所述超声主机还用于使用幅值成像算法对锂离子电池各点的指示因子进行归一化，之后进行彩色成像或灰度成像，进而实现电解液浸润状态的可视化，以完成该锂离子电池内部电解液浸润状态的整体表征与评估。

7.如权利要求5或6所述电解液浸润状态非线性空气耦合超声监测装置，其特征在于，所述空气耦合超声探头采用聚焦型空气耦合超声探头。