多通道的电池健康监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及电池监测技术，公开了多通道的电池健康监测系统及方法，其包括电池芯单元、数组驱动单元和数组信号接收单元；且信号接收单元与驱动单元对应，其驱动单元通过不同的频率或不同的时间产生超声波信号驱动电池芯单元，电池芯单元传播超声波信号至与驱动单元对应的信号接收单元，信号接收单元对接收的超声波信号转化为电信号并进行处理分析，并确定电池芯单元的电池的健康状态。本发明专利技术采用多通道超声波源和多通道超市波传感器实现对电池的多点测量，形成超声波传感器阵列融合。无需在电芯表面上安置机械移动检测设备探头，极大提高检测效率并避免损坏设备和电芯；电芯表面多通道超声波源采用不同频率或不同时序，使其通道间相互没有干扰。道间相互没有干扰。道间相互没有干扰。

【技术实现步骤摘要】
多通道的电池健康监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及电池监测技术，尤其涉及了多通道的电池健康监测系统及方法。

技术介绍

[0002]锂电池需要满足日益提高的应用需求，如提供更快的充电能力、和出色的低温性能、更长的使用寿命、和更严苛的安全标准，这必然对进一步提高电池生产过程中的质量管控，以及电池使用过程中更有效的健康监控提出新的挑战。
[0003]同时随着锂电池在各领域的广泛应用，业界已经实现了大规模量产，而且特别是在交通领域应用的日益深入，大量的电芯成组构成电池模组以满足高电压、高容量的应用要求；另一方面，为了控制质保成本，尽量避免价格高昂的电池模组的召回，高品质的电芯成为确保电池安全可靠、高性价比、以及产业可持续的必要条件；这样一来如何在大规模生产条件下高速、高效、低成本地保证电芯质量的问题成为关键。
[0004]但是电芯生产在注液封装之后，就无法再通过目检方式来判断是否存在质量问题，也很难通过电性能的表征完全甄别各个电芯的质量、优劣、和健康安全状态，于是寻求一种无需打开电芯却能监测电芯内部构成状态的无损技术手段成为解决难题的主要技术路线。
[0005]超声波是一种非破坏性的检测方法，已经广泛应用于工业、医疗应用中。但在锂电池生产中还是刚刚开始。目前的超声波监测技术主要是单通道系统，即每一时刻只能测量电芯一点的声纹特征。通过对电池芯进行机械平移扫描从而获得电池芯的整体声纹图像。
[0006]如现有技术，专利申请号CN201910329979.X，其用单通道超声波系统获取整个电池芯的声纹图像过程，需要较长的时间(大约6分钟)，这会极大地限制了流水线上生产效率；另外需要将超声波探头物理接触电池芯表面，并施加一定的压强保证声波的有效传播入电芯；因此这个测量过程在实际流水线上的实现有很大的难度和局限。
[0007]总之如何高效准确地检测电池芯的物理结构，从而在流水线上及时地判断和去除有瑕疵的电芯，这对电池生产的成本和品控都极其重要。此外能否快速通过监测电池内部状态在使用过程中及时跟踪电池的健康状况，从而能够及时给电池管理系统提供信息来做出相应的控制调整、应急措施、预警提示、以及维修维护方案，这将确保锂电池在满足日益提高的性能要求的同时，杜绝内短路和热失控现象，使锂电池成为高效安全的无后患产品；

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术中超声波监测技术主要是单通道系统，即每一时刻只能测量电池芯对应点的声纹特征，通过对电池芯进行机械平移扫描从而获得电池芯的整体声纹图像，用单通道超声波系统获取整个电池芯的声纹图像过程，因而需要较长的时间(大约6分钟)，会极大地限制流水上生产效率这一缺陷，提供了多通道的电池健康监测系统及方法。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：
[0010]多通道的电池健康监测系统，包括电池芯单元、数组驱动单元和数组信号接收单
元；且信号接收单元与驱动单元一一对应，其驱动单元通过不同的频率或不同的时间产生超声波信号驱动电池芯单元，电池芯单元传播超声波信号至与驱动单元对应的信号接收单元，信号接收单元对接收的超声波信号转化为电信号并进行处理分析，并确定电池芯单元电池的健康状态。
[0011]作为优选，电池芯单元包括检测单元、电池承载单元和转换单元；检测单元包括超声波发射阵列单元和超声波接收阵列单元；
[0012]超声波发射阵列单元和超声波接收阵列单元均贴附于电池承载单元上或与电池承载单元表面保持固定距离，且超声波发射阵列单元和超声波接收阵列单元分别位于电池承载单元的两面，相互对立；
[0013]超声波发射阵列单元用于向待测电池发射超声波信号至超声波接收阵列单元；超声波接收阵列单元对接收的超声波信号传送至转换单元，转换单元将接收的超声波信号转换为电信号并传送至信号接收单元，信号接收单元对接收的电信号进行分析处理，并实时监测电池健康状态。
[0014]作为优选，检测单元还包括压力传感器阵列单元，压力传感器阵列单元用于采集监测电池的压力数据，并将监测的压力数据传送至信号接收单元，信号接收单元对接收的压力数据进行分析处理，并确定电池的监控状态。
[0015]作为优选，还包括温度传感器阵列单元，温度传感器阵列单元用于采集监测电池的温度信号，并将监测的温度信号传送至信号接收单元，信号接收单元对接收的温度信号进行分析处理，并确定电池的监控状态。
[0016]作为优选，超声波发射阵列单元和超声波接收阵列单元为陶瓷晶片阵列。
[0017]作为优选，信号接收单元包括信号调节模块、数模转换模块、FFT频谱分析和信号分离模块、多通道幅度和飞行时间估算模块和声纹图生成模块；
[0018]信号调节模块，用于对接收的信号进行放大调节，并将调节后的信号传送至数模转换模块；
[0019]数模转换模块用于对接收的模拟信号转换为数字信号，并传送至FFT频谱分析和信号分离模块；
[0020]FFT频谱分析和信号分离模块用于对接收的信号进行FFT频谱分析和信号分离，并将FFT频谱分析和信号分离后的信号传送至多通道幅度和飞行时间估算模块；
[0021]多通道幅度和飞行时间估算模块用于估算多通道幅度和飞行时间；
[0022]声纹图生成模块依据估算的多通道幅度和飞行时间生成声纹图。
[0023]为了解决上述技术问题，本专利技术还提供了多通道的电池健康监测方法，其通过所述的多通道的电池健康监测系统实现的方法，包括：
[0024]信号的采集与处理，通过检测单元采集信号，并对获取的信号进行处理；
[0025]声纹图的生成，对于处理后的信号依据估算的多通道幅度和飞行时间生成声纹图；
[0026]声纹图的编解码，对于生成的声纹图通过基于神经的CNN编码器进行编码，和基于神经网络的CNN解码器进行解码；
[0027]声纹特征图的提取，对于解码后的声纹图进行声纹特征图的提取；
[0028]故障点特征子图的提取，对于提取的声纹特征图通过基于神经网络的故障点候选
区域生成器从而获取故障点位置区域的故障点特征子图；
[0029]故障点特征子图的模式识别，对于故障点特征子图进行模式识别，从而确定电池芯故障的类型。
[0030]作为优选，故障点特征子图的模式识别包括：
[0031]构建电池芯单元故障检测分类数据集；分类数据集包括声纹图及电池芯故障点位置和类型；
[0032]数据集的分类，对于构建的分类数据集，分成为训练集，验证集和测试集；
[0033]采用监督学习模式并使用训练集和验证集，修改神经网络的权重达到减小故障点位置的检测和类别的误差目标，直至收敛；
[0034]使用测试集数据，评估真实监测系统输出的性能；当监测系统输出的性能达标则训练结束；否则构建新的电池数据集，并加入到已有的数据集进行重新训练直至训练误差目标。
[0035]本专利技术由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多通道的电池健康监测系统，包括电池芯单元、数组驱动单元和数组信号接收单元；且信号接收单元与驱动单元一一对应，其特征在于，驱动单元通过不同的频率或不同的时间产生超声波信号驱动电池芯单元，电池芯单元传播超声波信号至与驱动单元对应的信号接收单元，信号接收单元对接收的超声波信号转化为电信号并进行处理分析，并确定电池芯单元电池的健康状态。2.根据权利要求1所述的多通道的电池健康监测系统，其特征在于，电池芯单元包括检测单元、电池承载单元和转换单元；检测单元包括超声波发射阵列单元和超声波接收阵列单元；超声波发射阵列单元和超声波接收阵列单元均贴附于电池承载单元上或与电池承载单元表面保持固定距离，且超声波发射阵列单元和超声波接收阵列单元分别位于电池承载单元的两面，相互对立；超声波发射阵列单元用于向待测电池发射超声波信号至超声波接收阵列单元；超声波接收阵列单元对接收的超声波信号传送至转换单元，转换单元将接收的超声波信号转换为电信号并传送至信号接收单元，信号接收单元对接收的电信号进行分析处理，并实时监测电池健康状态。3.根据权利要求2所述的多通道的电池健康监测系统，其特征在于，检测单元还包括压力传感器阵列单元，压力传感器阵列单元用于采集监测电池的压力数据，并将监测的压力数据传送至信号接收单元，信号接收单元对接收的压力数据进行分析处理，并确定电池的监控状态。4.根据权利要求2所述的多通道的电池健康监测系统，其特征在于，还包括温度传感器阵列单元，温度传感器阵列单元用于采集监测电池的温度信号，并将监测的温度信号传送至信号接收单元，信号接收单元对接收的温度信号进行分析处理，并确定电池的监控状态。5.根据权利要求2所述的多通道的电池健康监测系统，其特征在于，超声波发射阵列单元和超声波接收阵列单元为陶瓷晶片阵列。6.根据权利要求1所述的多通道的电池健康监测系统，其特征在于，信号接收单元包括信号调节模块、数模转换模块、FFT频谱分析和信号分离模块、多通...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤曦东，曾楚芸，郝欣心，吴奇斌，
申请(专利权)人：杭州智仝科技有限公司，
类型：发明
国别省市：