一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统的制作方法

1.本发明涉及人工智能领域，具体涉及一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统。


背景技术：

2.相对于铅酸电池和镍镉电池，锂离子电池中不含毒害大的重金属元素铬、汞、铅等，被认定为绿色能源，对环境污染相对较小，也是我国政府提倡的新能源产品，但废旧锂离子电池中的正负极材料和电解液等对环境和人类健康仍有重要影响，目前已经将锂离子电池归为包含各类毒性物质最多的电池，具有易燃性、浸出毒性、腐蚀性、反应性的有毒有害性电池，如果将锂离子电池随意丢弃，其中含有的铜、钴、镍、锂、铝等金属以及电解液、有机溶剂和电池循环过程中产生的副产物都将对环境造成污染。
3.废旧电池危害的大小不但取决于废电池中污染物的种类及其含量，而且与废电池的收集、处理、处置方式密切相关，对于废电池的回收利用，目前主要有火法和湿法；所谓的湿法是利用酸对废电池进行浸取，发生反应生成可溶性盐；而采取湿法酸溶必须建立在前端的电池破碎、高效分离基础上，才能实现工业化处理规模；目前对电池进行破碎的过程中，由于电池型号不同，而破碎辊筒的间距在破碎前已经人为设定好，导致破碎后的废电池碎片大小不一，无法进行进一步的湿法酸溶，同时对不同型号的电池破碎机采用的功率都是固定的，会导致在破碎不同型号电池时功率过大造成浪费或功率过小，破碎效率不高等情况出现。
4.因此需要一种能自适应调整破碎机功率和辊筒间距，破碎速度快且破碎精度高的电池回收用初步破碎控制系统，针对这种情况，本发明提出了一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统。


技术实现要素：

5.本发明提供一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统，以解决现有的问题，包括图像采集模块，采集电池碎片物料灰度图像；排列方式确定模块，获取所有像素点的灰度差均值序列进行空间重构，对得到的多个子序列进行排序，获取所有排列方式；排列概率计算模块，对子序列重新进行分配，计算重新分配后每种排列方式的最终排列概率；破碎程度计算模块，计算电池物料的破碎程度；破碎辊筒调控模块，对破碎机的功率和破碎辊筒的间距进行调控。
6.根据本发明提出的技术手段，根据料斗内废旧电池的破碎程度控制破碎机的运行功率与破碎辊筒之间的距离，保证破碎机到达最优的运行功率，从而减少传统固定功率下的能源损耗，通过本发明提出的手段不仅可以对不同破碎程度的碎片进行针对性破碎，并且保证了破碎残渣的破碎程度一致，从而使对废旧电池的浸取时达到最大的回收率，减少资源的浪费，同时在调控后继续对参数进行修正，在提高了破碎精度的同时也保证了破碎机的工作效率。
7.本发明采用如下技术方案：一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统，包括图像采集模块、排列方式确定模块、排列概率计算模块、破碎程度计算模块以及破碎辊筒调控模块；图像采集模块，用于采集破碎后电池碎片物料灰度图像。
8.排列方式确定模块，用于计算破碎后电池物料灰度图像中每个像素点与其邻域内像素点的灰度差均值，获取所有像素点的灰度差均值序列；将灰度差均值序列以设定的嵌入维数分为多个子序列，获取每个子序列中各个像素点灰度差均值的位置，根据每个像素点灰度差均值的大小对每个子序列中灰度差均值的位置进行排序，得到每个子序列的排列方式，根据设定的嵌入维数确定出所有排列方式的总数。
9.排列概率计算模块，用于根据每个子序列中像素点的灰度差均值计算对应子序列的偏置值，根据每个子序列的偏置值与阈值大小判断该子序列是否需要重新分配；当子序列的偏置值大于阈值时，利用每种排列方式中包含的子序列的个数和排列方式总数计算每种排列方式的排列概率；当子序列的偏置值小于阈值时，获取每种排列方式中所有子序列的偏置均值，根据每种排列方式的偏执均值对所有排列方式中偏置值小于阈值的子序列重新进行分配，利用重新分配后每种排列方式中包含的子序列的个数和排列方式总数计算每种排列方式的排列概率。
10.破碎程度计算模块，用于根据每种排列方式的排列概率计算所述灰度图像中电池物料的破碎程度。
11.破碎辊筒调控模块，用于根据电池物料的破碎程度和设定的超参数对破碎机的功率和破碎辊筒的间距进行调控。
12.进一步的，一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统，设定嵌入维数c和延迟t，根据设定的嵌入维数和延迟将灰度差均值序列分为多个子序列，子序列的个数为，其中，n表示灰度差均值序列中的元素个数，c表示嵌入维数，t表示延迟，所述嵌入维数表示子序列中像素点灰度差均值的个数。
13.进一步的，一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统，计算每个子序列的偏置值的表达式为：其中，表示第j个子序列的偏置值，表示第j个子序列中第o个像素点的灰度差均值，表示第j个子序列中所有像素点灰度差均值的均值，为嵌入维数，表示子序列中像素点灰度差均值的个数。
14.进一步的，一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统，对所有排列方式中的子序列重新进行分配的方法为：获取每种排列方式中偏置值小于阈值的所有子序列作为待分配子序列，计算每种排列方式中所有子序列的偏置均值，计算每个待分配子序列的偏置值与每种排列方式中所有子序列的偏置均值之差，将待分配子序列分配到差值最小值对应的排列方式中。
15.进一步的，一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统，当所有子序列的偏置值均大于阈值时，根据每种排列方式中子序列的个数及排列方式的总数计算每种排列方式的排列概率。
16.进一步的，一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统，计算每种排列方式的排列概率的表达式为：其中，表示第i种排列方式的最终排列概率，表示第i种排列方式中的子序列个数，表示第i种排列方式中重新分配到其他排列方式中的子序列个数，表示其他排列方式中重新分配进入第i种排列方式的子序列个数，表示所有子序列的个数。
17.进一步的，一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统，计算所述灰度图像中电池物料的破碎程度的表达式为：其中，表示所述灰度图像中电池物料的破碎程度，表示第i种排列方式的排列概率，表示嵌入维数。
18.进一步的，一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统，对破碎机的功率和破碎辊筒的间距进行调控的方法为：其中，w表示当前图像采集时刻破碎机的运行功率，表示调控后破碎机的运行功率，d表示当前图像采集时刻的破碎辊筒的间距，表示调控后破碎辊筒的间距，为超参数。
19.进一步的，一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统，还包括超参数修正模块，获取调控后第一时刻内碎料斗中电池物料的重量，获取第一时刻的下一时刻内碎料斗中电池物料的重量，根据两个时刻内碎料斗中电池物料的重量变化对超参数进行修正，表达式为：行修正，表达式为：其中，、为修正后的超参数，、为修正前的超参数，、为相邻时刻碎料斗中电池物料的重量。
20.本发明的有益效果是：根据本发明提出的技术手段，根据料斗内废旧电池的破碎
程度控制破碎机的运行功率与破碎辊筒之间的距离，保证破碎机到达最优的运行功率，从而减少传统固定功率下的能源损耗，通过本发明提出的手段不仅可以对不同破碎程度的碎片进行针对性破碎，并且保证了破碎残渣的破碎程度一致，从而使对废旧电池的浸取时达到最大的回收率，减少资源的浪费，同时在调控后继续对参数进行修正，在提高了破碎精度的同时也保证了破碎机的工作效率。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例的一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统结构示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.如图1所示，给出了本发明实施例的一种提高废旧电池回收利用率的电池粉碎控制系统结构示意图，包括图像采集模块、排列方式确定模块、排列概率计算模块、破碎程度计算模块以及破碎辊筒调控模块。
25.废旧电池的破碎过程为：废旧电池从破碎机的料斗进入破碎机，破碎辊筒对废旧电池进行破碎处理，破碎后的碎片掉入下方滤网，小碎片通过滤网进入滤网下方的料斗，此为破碎程度好的废旧电池碎片，大碎片被滤网拦截，通过转轴螺旋叶片将大碎片重新运送至料斗进行二次破碎。
26.初始时刻料斗内的物料均为完整的废旧电池，此时对废旧电池破碎时需要较大的功率，为了能够快速进行破碎任务，破碎辊筒间的间距较大，即能够快速将完整的废旧电池破碎，随着破碎的进行，转轴螺旋叶片将大碎片重新运送至料斗进行二次破碎，此时料斗内的物料大小不一，存在完整的电池，也存在电池大碎片，相较于初始状态完整电池的数量大大减少了，此时破碎难度降低，若继续保持初始功率与初始破碎辊筒间距会导致功率浪费，同时对大碎片的破碎效率降低，此时需要进行功率与破碎辊筒的间距调控，降低功率同时减小破碎辊筒间的间距，已达到最优的破碎效率与最小的能耗。
27.图像采集模块，用于采集电池碎片物料图像并进行灰度化处理。
28.本发明通过布置相机采集图像，相机位于料斗正上方，将拆解好的废旧电池送入破碎机的料斗，破碎机运行，此时开始采集料斗内废旧电池物料图像视频帧，随着破碎机的运行，大碎片被滤网拦截，通过转轴螺旋叶片将大碎片重新运送至料斗进行二次破碎，对采集到的视频帧图像进行采样，由于破碎机的控制是根据采集图像的破碎程度进行控制，每帧图像进行计算不仅计算量大，同时不利于对破碎机的控制，即每隔a帧图像进行一次采
样，获取采样时刻料斗内废旧电池物料图像，并将采集到的图像进行灰度化，为了使灰度图像更加便于观察，采用加权平均法来灰度化，图像的大小为n
×
m。
29.排列方式确定模块，用于计算破碎后电池物料灰度图像中每个像素点与其邻域内像素点的灰度差均值，获取所有像素点的灰度差均值序列；将灰度差均值序列以设定的嵌入维数分为多个子序列，获取每个子序列中各个像素点灰度差均值的位置，根据每个像素点灰度差均值的大小对每个子序列中灰度差均值的位置进行排序，得到每个子序列的排列方式，根据设定的嵌入维数确定出所有排列方式的总数。
30.对于图像上的每一个像素点，其自身存在一个灰度值，像素点灰度差均值可以反应一个像素点对应的区域混乱特征，混乱程度越高，电池破碎程度越好。
31.计算图像中各个像素点与其邻域内像素点的灰度差均值，每一个像素点与其邻域像素点均存在一个灰度差，则此灰度差均值为：式中表示灰度差均值，表示像素点的灰度值，表示像素点邻域像素点的灰度值，表示邻域像素点的个数（正常为8，边缘像素点的邻域为5，角点邻域为3）。
32.根据计算得到的灰度差均值构建灰度差均值序列{
푥
(
푖
),
푖 = 1,2,
ꢀ⋯ꢀ
, 푛
}，计算该序列的增量熵，即规定一个嵌入维数c与延迟t，进行空间重构，得到多个子序列，将子序列转换为大小关系的排列，计算每个子序列混乱程度作为加权系数，计算每种大小关系排列的概率p。
33.在空间重构的过程中，为了尽可能的提取出有效信息，更好的表征所需要的特征，对于嵌入维数的选取是至关重要的，嵌入维数c太小难以提取有效的信息，嵌入维数c太大对应的计算越复杂，且计算量大，即需要合适的嵌入维数，通过计算嵌入维数为2、3
…
n时排列熵值的分布图，根据分布图的相似性确定合适的嵌入维数，本发明中选取嵌入维数为4时效果最佳。
34.设定嵌入维数c和延迟t，根据设定的嵌入维数和延迟将灰度差均值序列分为多个子序列，子序列的个数为，其中，n表示灰度差均值序列中的元素个数，c表示嵌入维数，t表示延迟。
35.对每个子序列中的值进行排序的方法为：对每个子序列中的灰度差均值根据值的大小以及该值在序列中对应的次序进行排列。
36.例如子序列中灰度差均值为（99，30，15，72），通过大小关系排列后为序列为（3，2，4，1），对于每一个子序列，均有一个对应的大小关系排列序列，所有子序列的排列方式共有种可能，子序列排列实际出现的排列方式有i种，,则每种排列方式出现的概率为：式中表示第种排列方式出现的概率，k表示所有子序列的个数，表示第种排列方式出现的次数。
37.排列概率计算模块，用于根据每个子序列中像素点的灰度差均值计算对应子序列的偏置值，根据每个子序列的偏置值与阈值大小判断该子序列是否需要重新分配；当子序列的偏置值大于阈值时，利用每种排列方式中包含的子序列的个数和排列方式总数计算每种排列方式的排列概率；当子序列的偏置值小于阈值时，获取每种排列方式中所有子序列的偏置均值，根据每种排列方式的偏执均值对所有排列方式中偏置值小于阈值的子序列重新进行分配，利用重新分配后每种排列方式中包含的子序列的个数和排列方式总数计算每种排列方式的排列概率。
38.由于子序列的排列方式是根据大小进行排列的，但此种排列方式存在弊端，例如（1，3，99，2）的排列方式与（1，3，4，2）的排列方式相同，但实则此两子序列所代表的含义大不相同，故需要对排列概率进行修正，以达到与实际情况更为相符合的破碎程度。
39.由于完整的电池表面光滑，灰度值的变化小，而破碎的大块电池由于内部填充物的裸露，其灰度值的变化较大，同时料斗内碎片越多、碎片越小，灰度值的变化程度越大，故计算每一个排列类别中每一个子序列的偏置值。
40.计算每个子序列的偏置值的表达式为：其中，表示第j个子序列的偏置值，表示第j个子序列中第o个像素点的灰度差均值，表示第j个子序列中所有像素点灰度差均值的均值，为嵌入维数，表示子序列中像素点灰度差均值的个数。
41.偏置值越大说明该序列对应的区域越有可能为破碎程度高的区域，偏置值越小说明该序列对应的区域越有可能为完整电池区域。
42.对每种排列方式中偏置值小于阈值的子序列重新进行分配的方法为：计算排列方式中子序列的偏置均值，根据偏置均值确定重分配类别，即：式中表示第种排列方式中子序列的偏置均值，c表示第i种排列方式中子序列的个数，表示第种排列方式中第j个子序列的偏置值。
43.将子序列的偏置值小于等于e的子序列分配至差异最小的排列方式中，例如第i种排列方式中第j个子序列的偏置值小于等于e，其偏置值为，计算与所有排列方式的偏置均值i的差值，将其重新分配到中，重复上述操作，将所有的偏置值小于等于e的子序列进行重分配，得到最终的排列概率.获取每种排列方式中偏置值小于阈值的所有子序列作为待分配子序列，计算每种排列方式中所有子序列的偏置均值，计算每个待分配子序列与每种排列方式的偏置均值之差，将待分配子序列分配到差值最小值对应的排列方式中。
44.计算重新分配后每种排列方式的最终排列概率的表达式为：
其中，表示第i种排列方式的最终排列概率，表示第i种排列方式中的子序列个数，表示第i种排列方式中重新分配到其他排列方式中的子序列个数，表示其他排列方式中重新分配进入第i种排列方式的子序列个数，表示所有子序列的个数。
45.破碎程度计算模块，用于根据重新分配子序列后每种排列方式的最终排列概率计算所述灰度图像中电池物料的破碎程度。
46.计算所述灰度图像中电池物料的破碎程度的表达式为：其中，表示所述灰度图像中电池物料的破碎程度，表示第i种排列方式的最终排列概率，表示嵌入维数。
47.破碎辊筒调控模块，用于根据电池物料的破碎程度和设定的超参数对破碎机的功率和破碎辊筒的间距进行调控。
48.对破碎机的功率和破碎辊筒的间距进行调控的方法为：其中，w表示当前图像采集时刻破碎机的运行功率，表示调控后破碎机的运行功率，d表示当前图像采集时刻的破碎辊筒的间距，表示调控后破碎辊筒的间距，为超参数,本发明中取值为1。
49.本发明在采集电池碎片物料图像的同时，在下午接收碎料的料斗上布置传感器，获取相邻采样时刻内接收碎料的料斗内物料的重量变化。
50.获取对破碎辊筒进行调控后相邻时刻碎料斗内电池物料的重量变化，根据调控后相邻时刻碎料斗内电池物料的重量变化对超参数进行修正。
51.对超参数进行修正的方法为：获取调控后第一时刻内碎料斗中电池物料的重量，获取第一时刻的下一时刻内碎料斗中电池物料的重量，根据两个时刻内碎料斗中电池物料的重量变化对超参数进行修正，表达式为：行修正，表达式为：其中，、为修正后的超参数，、为修正前的超参数，、为相邻时刻碎料斗中电池物料的重量。
52.根据，的变化情况确定反馈调节的力度，通过对功率与距离的调节导致粉碎效率下降是不允许的，即通过调节功率与距离后粉碎效率提高了，此时说明该调节为正向调节，即既增加了粉碎效率，又减小了能源消耗；通过调节功率与距离后粉碎效率降低了，此时说明该调节为反向调节，虽然减小了能源消耗，但粉碎效率也降低了，此时说明减小的能耗影响了粉碎效率，即说明该减小的能耗为必要能耗，而不是额外能耗，故需要将此部分能耗进行回调，以保证粉碎效率的不变或提高。
53.根据本发明提出的技术手段，根据料斗内废旧电池的破碎程度控制破碎机的运行功率与破碎辊筒之间的距离，保证破碎机到达最优的运行功率，从而减少传统固定功率下的能源损耗，通过本发明提出的手段不仅可以对不同破碎程度的碎片进行针对性破碎，并且保证了破碎残渣的破碎程度一致，从而使对废旧电池的浸取时达到最大的回收率，减少资源的浪费，同时在调控后继续对参数进行修正，在提高了破碎精度的同时也保证了破碎机的工作效率。
54.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。