电池缺陷检测系统设计

电池缺陷检测系统设计

米林

贵州梅岭电源有限公司 贵州遵义 563000

摘要：热电池内部装配结构包括循环放置的负极、电解质、正极、加热粉、集流片，其中，每一组负极、电解质、正极、加热粉组成一个单体电池。热电池具有大功率放电、激活迅速可靠、功率密度高、结构紧凑、储存时间长等优点，是各种战略武器以及核武器的理想电源，在军事领域发挥着不可代替的作用。鉴于热电池的特殊用途，对其可靠性和安全性提出了更高的要求，如果电池存在装配缺陷，内部的高温和高压就会造成电池失效，进而引起火灾甚至爆炸等事故。本文就电池缺陷检测系统设计展开探讨。

关键词：热电池；X射线仪；MFC；缺陷检测

1电池片的基本结构

单晶硅电池通常是表面呈现绒面结构并带有“栅线”型金属电极，背面用特殊浆料制备成金属电极。在实际生产中，为了捕捉更多的入射光和延长光在电池片内部传播的路径长度，电池片的表面会被制成凹凸不平的四棱锥，形成“绒面”。为了防止电池片内部电子和空穴结合时产生巨大的能量损失，在硅片表面通过印刷烧结将含有化学元素的浆料制备成电栅与硅片形成欧姆连接。为防止电流外泄，电池片背面通常采用含银浆料印刷并烧结成银电极，如果想要得到电流可以通过连接两边电极来获得。

2蓄电池组成部件阐释

1. 极板（核心部件）被称为蓄电池“心脏”，主要包括正极板与负极板两部分。（2）隔板，即电解液载体，可对电解液进行吸收，可实现离子扩散目的。尤其是密封免维护的蓄电池，隔板能够更好地创建氧循环，使水损失减少。通过地超细玻璃纤维的使用，即可达到隔板式蓄电池免维护目的。（3）电解液，组成包括纯水和硫酸，将部分添加剂混合后配入其中。（4）安全阀，为组成蓄电池的重要部件，在蓄电池的顶部。安全阀的作用主要体现在安全方面、密封方面、防爆方面，同时，还可保证其内压正常。

3装配缺陷检测算法

目前热电池的装配工艺90%以上为手工操作，热电池整体图像如图1(a)所示，所有检测图像均由X射线仪拍摄，由于操作人员失误，装配时可能出现多放一个负极、负极和集流片放反的次序错误如图1(b)所示。

（a）热电池整体图像（b）两种常见装配缺陷

图1　热电池X射线图像

热电池电堆缺陷判断需要提取图像特征参数，包括单体电池负极数量特征参数和负极与集流片放反特征参数。为了提取有效特征，对模板匹配后的电堆图像固定x像素坐标（取模板宽度像素的1/2位置，即172像素）进行灰度扫描。由于两种常见的装配缺陷均与波峰个数和位置有关，将波峰横坐标存入数组，则的个数n即为负极的个数，有。计算每两个相邻波峰之间的像素距离F1[i]，计算每两个相邻像素距离之间的差值，取n和F2[i]为特征参数，有：

F1[i]=F[i+1]-f[i]1≤n-1

F2[i]=F[i+1]-f[i]1≤n-2

从负极到集流片循环排列，每相邻两个波峰之间距离基本保持不变，根据灰度曲线周期性变化规律，采用OpenCV库函数编程获取的像素坐标，每一个波峰坐标后的第5～33个像素坐标之间，搜索下一个波峰坐标，5像素对应单个负极厚度0.2mm，33像素对应13个单体电池占据426像素。对于其它型号的热电池，可以根据模板匹配图像的高度像素y和单体热电池个数n相应修改搜索步长，获得对应的波峰坐标数据。波峰坐标搜索程序设计如下：

波峰坐标搜索程序设计如下：

　for(intk=1;max[k].x<(426-33);k++)

　{　temp=vectorp[max[k].x+5];

　for(inti=max[k].x+5;i

+33;i++)

{　if(temp.y

{　temp=vectorp[i];

}

}max.push_back(temp);　}

对于标准热电池，n=13，F2[i]≤3像素；对于负极和集流片放反的次序错误，n=13，次序错误处峰值坐标会左移3～4像素（对应集流片厚度0.1mm），与其相关的连续两个F2[i]数值一般在4～8像素之间。对于多放一个负极的情况，由于相邻5像素内存在两个波峰，n=14，与其相关的连续两个F2[i]数值一般超过22像素。

4测量蓄电池单体电压

根据《通信电源与空调集中监控系统的技术要求》内容可知，蓄电池检测装置应具备测量各个电池单体电压的功能。在串联蓄电池后即可为通信设备供电，且各蓄电池对地电位有所差异，最高共模电压一般在60V，若选择使用普通A/D转换器与多路模拟开关很难承受。对蓄电池单体电压测试的基本原理（图2）为：继电器闭合至A区，并完成电解电容的充电。在要对蓄电池电压进行测量的时候，即可闭合继电器到B侧，使得电解电容和蓄电池隔离。由于电解电容使电池始终具备电压信号，因而通过测量电解电容电压就能够对蓄电池电压形成一定掌握。而且，此测量手段所使用的器件并不昂贵，而且原理十分简单，实际造价也不高。针对以上情况，可借助两片高差模增益放大器完成硬件直接相减电路的设计，其中，选用ICL7650作为运算放大器，使得同相和反相输入端的电位相相同，等同地电位，能够使运算放大器电阻处于平衡状态。

图2 传统单体电压测试方法

结语

综上所述，以上研究中，以热电池为主要研究对象，重点对其检测方法展开了相关性研究，对热电池生产中常见的装配缺陷，开发一款快速、高效、准确的无损检测系统软件，实现了热电池装配缺陷检测自动化。通过修改程序中对应于模板匹配高度和热电池个数的数据，可以快速完成不同型号电池同类缺陷的分类和识别，研究的算法对同类型纹理类缺陷识别有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]孙海峰,卓军.热电池阳极材料锂硼合金研究进展[J].材料导报,2019,31(29):195-197.

[2]方浩.干电池内缺陷检测方法研究及其算法优化[D].广东工业大学,2019.

[3]赵涛,张思祥,徐文超,等.热电池装配缺陷的灰度峰值坐标比对算法[J].电子测量与仪器学报,2020,(07):133-140.