本實(shí)用新型涉及軟包鋰離子電池密封性檢測領(lǐng)域，特別涉及一種基于超聲技術(shù)的軟包鋰離子電池密封性檢測裝置。

背景技術(shù)：

鋰離子電池作為一種新型的化學(xué)電源，具有工作電壓高、比能量大、放電電位曲線平穩(wěn)、自放電小、循環(huán)壽命長、低溫性能好、無記憶、無污染等突出的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足人們對便攜式電器所需要的電池小型輕量化和有利于環(huán)保的雙重要求，廣泛用于移動(dòng)通訊、筆記本電腦、攝放一體機(jī)等小型電子裝置，也是未來電動(dòng)交通工具使用的理想電源。

軟包鋰離子電池作為鋰離子電池的一種新的封裝形式，具有質(zhì)量輕、外形尺寸靈活，能夠更好的滿足一體化設(shè)計(jì)的要求等優(yōu)勢。例如，軟包鋰離子電池的質(zhì)量能量密度高于鋁殼電池，相同體積的電池(2Ah～5Ah)，軟包鋰離子電池要比鋁殼電池輕10％-20％左右。在產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域，中高檔電子消費(fèi)產(chǎn)品日趨輕薄、一體式、便攜化，并且在新能源動(dòng)力汽車電池領(lǐng)域，對于鋰離子電池的能量密度要求愈發(fā)提高，因此，軟包鋰離子電池的優(yōu)勢將進(jìn)一步突顯。

但是，由于軟包鋰離子電池采用熱封形式封裝，在其封口處存在出現(xiàn)氣泡、夾雜、泄露通道等密封缺陷的風(fēng)險(xiǎn)，封裝不良的軟包鋰離子電池將會(huì)出現(xiàn)電解液泄露、鋰離子電池內(nèi)部水分超標(biāo)等隱患，對鋰離子電池的質(zhì)量以及使用安全有嚴(yán)重的影響。軟包鋰離子電池密封性問題是限制其廣泛應(yīng)用的重要方面。因此，軟包鋰離子電池密封性在線檢測方法與裝置需求十分廣泛與迫切。

目前，對于軟包鋰離子電池密封性的檢測手段主要有：氦質(zhì)譜檢測法、水檢法、直壓式檢測法、差壓式檢測法等。其中氦質(zhì)譜檢測法屬于細(xì)檢漏，其最大可檢漏率有上限，約為1×10-4Pa·m3/s，對于大于此漏率的泄露使用氦質(zhì)譜檢測法進(jìn)行檢測會(huì)產(chǎn)生較大誤差。其余三種方法屬于粗檢漏，水檢法由于受檢驗(yàn)人員主觀因素影響大，并且效率低下。直壓式檢漏法受限于直壓傳感器的分辨率較低，導(dǎo)致精度低，同時(shí)容易受環(huán)境干擾造成檢測值可信度低。差壓式檢測法因其原理所限，無法做到100％在線檢測。

超聲檢測法是近年來發(fā)展起來的包裝密封性無損檢測方法之一。目前，超聲檢測法在食品、藥品、日化產(chǎn)品的軟包裝袋密封性測試方面已有應(yīng)用。但是應(yīng)用主要采用水浸探頭，需要將被測樣品浸入水中，以水為耦合劑進(jìn)行檢測，仍然無法實(shí)現(xiàn)無損、在線檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于超聲技術(shù)的軟包鋰離子電池密封性檢測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)軟包裝鋰離子電池密封性的高速無損在線檢測，檢測速度快，效率高。

本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于超聲技術(shù)的軟包鋰離子電池密封性檢測裝置，包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、次品剔除單元、超聲檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、微信號(hào)放大模塊及計(jì)算機(jī)；

所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括用于傳送軟包鋰離子電池的傳送帶及用于驅(qū)動(dòng)傳送帶運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，所述電機(jī)與計(jì)算機(jī)連接；

所述超聲檢測系統(tǒng)包括超聲激勵(lì)模塊和至少一組空氣耦合超聲探頭組；所述空氣耦合超聲探頭組由一個(gè)空氣耦合超聲發(fā)射探頭和一個(gè)空氣耦合超聲接收探頭組成，所述空氣耦合超聲發(fā)射探頭和空氣耦合超聲接收探頭正對設(shè)置于傳送帶的兩側(cè)；所述空氣耦合超聲發(fā)射探頭通過超聲激勵(lì)模塊與計(jì)算機(jī)連接，所述空氣耦合超聲接收探頭依次通過信號(hào)放大模塊、數(shù)據(jù)采集模塊與計(jì)算機(jī)連接；

所述次品剔除單元與計(jì)算機(jī)連接，設(shè)置于傳送帶的一側(cè)，用于將超聲幅值小于幅值閾值的軟包鋰離子電池從傳送帶上剔除。

作為優(yōu)選的，所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括一個(gè)用于探測軟包鋰離子電池是否位于超聲檢測范圍內(nèi)的位置探測傳感器；所述位置探測傳感器與計(jì)算機(jī)連接，設(shè)置于傳送帶的一側(cè)。

作為優(yōu)選的，所述位置探測傳感器為紅外傳感器。

作為優(yōu)選的，所述超聲激勵(lì)模塊包括依次連接的信號(hào)發(fā)生單元、功率放大單元，所述信號(hào)發(fā)生單元與計(jì)算機(jī)連接；所述功率放大單元與空氣耦合超聲發(fā)射探頭連接。

作為優(yōu)選的，所述超聲激勵(lì)模塊還包括阻抗匹配單元，所述功率放大單元通過阻抗匹配單元與空氣耦合超聲發(fā)射探頭連接。

作為優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括AD轉(zhuǎn)換單元與數(shù)據(jù)采集卡，所述AD 轉(zhuǎn)換單元依次與微信號(hào)放大模塊、空氣耦合超聲接收探頭連接，數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)連接。

作為優(yōu)選的，所述微信號(hào)放大模塊包括依次連接的前置放大線路、超外差接收線路與相敏檢波線路，其中前置放大線路與空氣耦合超聲接收探頭連接，相敏檢波電路與數(shù)據(jù)采集模塊連接。

作為優(yōu)選的，所述次品剔除單元由光電傳感器及氣動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)組成，所述光電傳感器和氣動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)分別與計(jì)算機(jī)連接。

作為優(yōu)選的，所述空氣耦合超聲發(fā)射探頭和空氣耦合超聲接收探頭均采用點(diǎn)聚焦式空氣耦合超聲探頭，焦點(diǎn)直徑為0.2mm～1.5mm。

作為優(yōu)選的，所述空氣耦合超聲發(fā)射探頭和空氣耦合超聲接收探頭均采用線聚焦式空氣耦合超聲探頭，聚焦寬度為0.2mm～1.5mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了在線無損測試；利用空氣耦合超聲技術(shù)進(jìn)行軟包裝電池?zé)岱夥饪诿芊庑詸z測，探頭無需耦合劑、不接觸樣品，因此實(shí)現(xiàn)無損檢測，解決了以往水檢法、差壓式檢測法中對電池產(chǎn)品可能造成破壞與污染的問題。以生產(chǎn)線傳送帶作為運(yùn)動(dòng)控制模塊，可實(shí)現(xiàn)真正的100％在線檢測。

2、本實(shí)用新型檢測速度快，效率高；超聲激勵(lì)脈沖信號(hào)為幾到幾十微秒，配合高速傳動(dòng)帶與合適的電池封邊導(dǎo)軌或夾具，可使每個(gè)電池密封性的測試時(shí)間在3秒鐘以內(nèi)，在檢測效率上較傳統(tǒng)抽檢方法有較大提升。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的一種基于超聲技術(shù)的軟包鋰離子電池密封性檢測裝置的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

如圖1所示，本實(shí)施例的基于超聲技術(shù)的軟包鋰離子電池密封性檢測裝置，包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、次品剔除單元、超聲檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、微信號(hào)放大模塊及計(jì)算機(jī)。所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括用于傳送軟包鋰離子電池4的傳送帶1 及用于驅(qū)動(dòng)傳送帶運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，所述電機(jī)與計(jì)算機(jī)連接。

所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括一個(gè)用于探測軟包鋰離子電池是否位于超聲檢測范圍內(nèi)的位置探測傳感器；所述位置探測傳感器與計(jì)算機(jī)連接，可通過無線或有線的方式與計(jì)算機(jī)通信，設(shè)置于傳送帶的一側(cè)；所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括一個(gè)用于探測軟包鋰離子電池是否位于超聲檢測范圍內(nèi)的位置探測傳感器；所述位置探測傳感器與計(jì)算機(jī)連接。本實(shí)施例的位置探測傳感器采用紅外傳感器。

本實(shí)施例的超聲檢測系統(tǒng)包括超聲激勵(lì)模塊和至少一組空氣耦合超聲探頭組；所述空氣耦合超聲探頭組由一個(gè)空氣耦合超聲發(fā)射探頭2和一個(gè)空氣耦合超聲接收探頭3組成，所述空氣耦合超聲發(fā)射探頭2和空氣耦合超聲接收探頭3 正對設(shè)置于傳送帶1的兩側(cè)；所述空氣耦合超聲發(fā)射探頭通過超聲激勵(lì)模塊與計(jì)算機(jī)連接，所述空氣耦合超聲接收探頭依次通過信號(hào)放大模塊、數(shù)據(jù)采集模塊與計(jì)算機(jī)連接；所述次品剔除單元與計(jì)算機(jī)連接，次品剔除單元可通過無線或有線的方式與計(jì)算機(jī)通信。

本實(shí)施例的超聲激勵(lì)模塊包括依次連接的信號(hào)發(fā)生單元、功率放大單元和阻抗匹配單元，所述信號(hào)發(fā)生單元與計(jì)算機(jī)連接；所述阻抗匹配單元與空氣耦合超聲發(fā)射探頭連接。信號(hào)發(fā)生單元用于激勵(lì)脈沖信號(hào)的產(chǎn)生，功率放大單元用于提供該激勵(lì)脈沖信號(hào)的電壓增益與功率增益，阻抗匹配單元用于功率放大單元與空氣耦合超聲發(fā)射探頭之間的阻抗匹配，提高信號(hào)激勵(lì)的效率。本實(shí)施例中，激勵(lì)信號(hào)采用正弦脈沖，功率放大至峰峰值為200V，周期數(shù)為6，激勵(lì)頻率為1ms/次。

本實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集模塊包括AD轉(zhuǎn)換單元與數(shù)據(jù)采集卡，所述AD轉(zhuǎn)換單元依次與微信號(hào)放大模塊、空氣耦合超聲接收探頭連接，數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)連接。數(shù)據(jù)采集卡型號(hào)為Spectrum m4i-4410，通過PCI接口與計(jì)算機(jī)通訊連接，數(shù)據(jù)采樣率為100MHz。

本實(shí)施例的微信號(hào)放大模塊包括前置放大線路、超外差接收線路與相敏檢波線路，其中前置放大線路與空氣耦合超聲接收探頭連接，相敏檢波電路與數(shù)據(jù)采集模塊連接。微信號(hào)放大模塊將超聲信號(hào)放大至數(shù)據(jù)采集模塊可采集的范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)采集單元將超聲信號(hào)實(shí)時(shí)傳送至計(jì)算機(jī)。

本實(shí)施例的次品剔除單元由光電傳感器及氣動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)組成，所述光電傳感器和氣動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)分別與計(jì)算機(jī)連接；當(dāng)光電傳感器檢測到次品的到來時(shí)，計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)將次品推出生產(chǎn)線。

本實(shí)施例的空氣耦合超聲發(fā)射探頭和空氣耦合超聲接收探頭均可采用點(diǎn)聚焦式空氣耦合超聲探頭，焦點(diǎn)直徑為0.2mm～1.5mm；空氣耦合超聲發(fā)射探頭和空氣耦合超聲接收探頭也可以采用線聚焦式空氣耦合超聲探頭，聚焦寬度為0.2mm～1.5mm。

本實(shí)施例的基于超聲技術(shù)的軟包鋰離子電池密封性檢測裝置的工作過程如下：

S1、傳送帶帶動(dòng)待測軟包鋰離子電池移動(dòng)，位置探測傳感器每隔10ms檢測一次待測軟包鋰離子電池是否在超聲探頭檢測范圍內(nèi)，并將信號(hào)發(fā)送至計(jì)算機(jī)，若待測軟包鋰離子電池在超聲檢測范圍，則進(jìn)入步驟S2；

S2、信號(hào)發(fā)射；計(jì)算機(jī)控制信號(hào)發(fā)生單元生成超聲信號(hào)，本實(shí)施例中采用的是正弦信號(hào)；信號(hào)通過功率放大單元獲得電壓與功率增益，經(jīng)阻抗匹配單元提高超聲信號(hào)的激勵(lì)效率，再通過空氣耦合超聲發(fā)射探頭發(fā)射超聲信號(hào)；

S3、信號(hào)接收與處理；空氣耦合超聲接收探頭接收透過待測軟包鋰離子電池封口的超聲信號(hào)，并通過微信號(hào)放大模塊放大至50mV以上，再由數(shù)據(jù)采集模塊采集并傳輸至計(jì)算機(jī)；

S4、掃描完成；位置探測傳感器探測到樣品離開超聲探測范圍時(shí)，完成一次樣品的掃描；

S5、剔除次品；計(jì)算機(jī)對接收到的超聲信號(hào)進(jìn)行處理，得到超聲信號(hào)幅值集合{Ai}，并將幅值A(chǔ)i與設(shè)定的幅值閾值δ做比較，計(jì)算機(jī)控制次品剔除單元將集合{Ai}中存在幅值A(chǔ)i小于幅值閾值δ的點(diǎn)的軟包鋰離子電池從傳送帶上剔除。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。