基于光學(xué)超精密檢測(cè)的新能源汽車電池缺陷檢測(cè)技術(shù)

李 振

(江蘇省淮安技師學(xué)院，江蘇 淮安 223001)

0 前言

光學(xué)掃描成像技術(shù)是檢驗(yàn)新能源汽車電池表面缺陷的主要方式，能有效地提升缺陷檢測(cè)能力和自動(dòng)定位能力。

通過(guò)與智能圖像處理技術(shù)相結(jié)合，從不同方面分析新能源汽車電池表面的缺陷，再結(jié)合缺陷表面的紋理分布情況，重新定位新能源汽車電池表面缺陷，確保汽車電池質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

目前，一般利用光學(xué)圖像特征檢測(cè)電池表面缺陷，將電池表面紋理特征檢測(cè)與三維輪廓重構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，及時(shí)修復(fù)電池表面缺陷。

傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法采用Harris角點(diǎn)檢測(cè)法、小波檢測(cè)法等檢測(cè)電池表面缺陷，利用超像素成像技術(shù)處理電池表面成像，構(gòu)建健全的二值化圖像處理模型，以準(zhǔn)確檢測(cè)出電池表面缺陷。但由于該方式耗時(shí)長(zhǎng)，且檢驗(yàn)準(zhǔn)確度不高，容易給缺陷檢測(cè)帶來(lái)嚴(yán)重影響。

本文以超精密檢測(cè)為基礎(chǔ)，提出全新的新能源汽車電池表面缺陷檢驗(yàn)方法，通過(guò)建立光學(xué)超精密成像模型處理新能源汽車電池表面激光成像，準(zhǔn)確檢測(cè)出能源電池表面激光成像的紋理分布情況。將區(qū)域信息與圖像邊緣相互融合，可準(zhǔn)確定位新能源汽車電池表面缺陷，檢測(cè)新能源汽車電池表面紋理異常點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化電池表面缺陷檢測(cè)。

1 新能源汽車電池缺陷

1.1 電池自放電缺陷

單體電池在儲(chǔ)存中通常會(huì)出現(xiàn)自放電現(xiàn)象，主要體現(xiàn)為電池電壓下降。如圖1所示，磷酸鐵鋰離子電池在55 ℃環(huán)境下的端電壓變化呈下降趨勢(shì)。當(dāng)酸鐵鋰離子電池前部分電壓為3.354 V，當(dāng)其流過(guò)儲(chǔ)存后部分時(shí)，電壓呈明顯降低趨勢(shì)，降至3.345 V。結(jié)果表明，單體電池在儲(chǔ)存中會(huì)出現(xiàn)自放電現(xiàn)象，從而降低電池兩端電壓的變化。

圖1 磷酸鐵鋰離子電池在55 ℃環(huán)境下的端電壓變化情況

在電池組應(yīng)用過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)自放電現(xiàn)象，影響電池組性能。比如會(huì)造成電池自身能量的嚴(yán)重?fù)p失，甚至縮短鋰離子電池使用壽命，導(dǎo)致容量出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞。目前，我國(guó)電動(dòng)汽車電池成組方式主要采取多個(gè)單體電池串聯(lián)為電池包再并聯(lián)為電池組的方式，如圖2所示。

圖2 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組電池排列結(jié)構(gòu)

對(duì)電池組電池排列結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，電池包A的單體電池1具有自放電率高、容量衰減嚴(yán)重等特點(diǎn)，其負(fù)荷電量低于其他單體電池。因此，在放電過(guò)程中，電池1第1個(gè)達(dá)到放電標(biāo)準(zhǔn)，其他單體電池仍然在放電，這時(shí)主回路繼電器會(huì)自動(dòng)斷鏈，以確保電池安全性。但由于其他單體電池放電工序并未結(jié)束，電池1無(wú)法進(jìn)行其他工作。充電過(guò)程同樣如此，根據(jù)電池組均衡理論，自放電嚴(yán)重的電池1會(huì)不斷增加電池組的不均衡性，工作人員利用特殊方式進(jìn)行均衡能起到的作用也十分有限，無(wú)法滿足實(shí)際要求，導(dǎo)致單體電池可能出現(xiàn)過(guò)放電現(xiàn)象，加速電池充放電性能的衰減。

1.2 電池缺陷表現(xiàn)形式

在鋰離子電池的生產(chǎn)過(guò)程中，操作不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重影響成品電池的質(zhì)量，導(dǎo)致其在使用過(guò)程中出現(xiàn)電池大倍率放電、高溫工作等問(wèn)題，影響電池工作的平穩(wěn)性。正常情況下，電流通過(guò)電極，電極電位會(huì)在第一時(shí)間偏離平衡電位，出現(xiàn)電極極化現(xiàn)象。根據(jù)電池過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論，電極電位偏離平衡電位的程度與電流密度成正比。

2 新能源汽車電池表面缺陷檢驗(yàn)的優(yōu)化

2.1 新能源汽車電池表面激光成像分割模型

將光學(xué)超精密成像模型應(yīng)用到能源汽車電池方面，可進(jìn)一步優(yōu)化電池表面缺陷檢驗(yàn)方法。通過(guò)1組光學(xué)圖像訓(xùn)練樣品的結(jié)構(gòu)獨(dú)立特征向量空間，來(lái)處理電池表面缺陷的空間區(qū)域結(jié)構(gòu)，收集新能源汽車電池表面缺陷。

2.2 電池表面缺陷檢驗(yàn)方法

電荷耦合器件(CCD)檢測(cè)是利用機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行檢測(cè)，將所有基本數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫酒校倮脤I(yè)工具將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并準(zhǔn)確計(jì)算出被測(cè)物體的圖像。該檢測(cè)技術(shù)通常被應(yīng)用于電池的生產(chǎn)階段，以判斷零部件質(zhì)量是否達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，查看零部件表面是否存在劃傷、殘缺等問(wèn)題，并引導(dǎo)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)挑出殘缺品，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為準(zhǔn)確測(cè)試CCD方法在電池表面缺陷的檢驗(yàn)效果，本文利用仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全方位檢驗(yàn)。以Matlab7仿真軟件為主體，確定光學(xué)圖像采樣的具體數(shù)值和圖像邊緣像素特征分布樣本。將這2種數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，確定其衰減權(quán)重為0.85，特征分布像素集為200×400，預(yù)設(shè)缺陷檢驗(yàn)值為0.25，最終得到初始電池表面的光學(xué)成像。將其作為研究圖像的樣品，構(gòu)建表面激光成像的分割模型，進(jìn)而得到表面紋理分割結(jié)果，如圖3所示。

圖3 新能源汽車電池表面光學(xué)圖像的紋理分割結(jié)果

合理利用紋理分割方式檢驗(yàn)電池表面缺陷，融合區(qū)域信息與圖像邊緣，能準(zhǔn)確定位新能源汽車電池表面缺陷，并保證其具有較高的精密度。通過(guò)不同方式檢測(cè)電池表面缺陷，所得到的數(shù)據(jù)也不同，其中精度較高的是采用紋理分割方式完成的電池表面缺陷檢測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

為準(zhǔn)確測(cè)試CCD方法在電池表面缺陷的檢驗(yàn)效果，本文以缺陷紋理分布為基礎(chǔ)，開(kāi)展了新能源汽車電池表面缺陷檢測(cè)。本文提出基于光學(xué)超精密的新能源汽車電池表面缺陷檢測(cè)方式，利用深度學(xué)習(xí)算法自動(dòng)選擇合理的光學(xué)圖像邊緣檢測(cè)，以提取網(wǎng)格區(qū)域分割，發(fā)現(xiàn)表面紋理中存在的問(wèn)題，進(jìn)一步提高缺陷檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)性。