：本發(fā)明應(yīng)用于鋰電池組溫度場檢測、電源電氣可靠性檢測領(lǐng)域；特別涉及一種基于圖像處理對鋰電池健康評估方法。

背景技術(shù)

0、
背景技術(shù)：

1、鋰電池在動力電池和儲能電池中，占據(jù)市場最大，應(yīng)用面最廣。

2、鋰電池適宜工作溫度在20℃-40℃之間，在此溫度區(qū)間內(nèi)，電池發(fā)揮充放電效率最高。鋰電池工作溫度高于40℃或低于20℃，電池效率都會下降。當(dāng)溫度過低，電池電壽命會大幅衰減，甚至造成不可逆損壞，或電池老化。當(dāng)溫度過高，電池會出現(xiàn)電解液分解，甚至著火。因此，準確檢測鋰電池組內(nèi)部溫度場，保證電池健康運行至關(guān)重要。

3、目前，電池組溫度檢測技術(shù)，通常檢測電池組外部溫度，作為判斷電池溫度依據(jù)，這種方式對檢測精度要求不高，電池組溫升速度不快的情況，才能滿足要求。但是在大功率充放電情況下，電池組溫升變化速率快，電池組溫度檢測要求高的場景，尚無有效技術(shù)，進行檢測和計算。

4、鋰電池理想工作溫度是25℃±5℃。只有精確檢測到鋰電池實際工作溫度，才能有效保證鋰電池在最優(yōu)環(huán)境下工作。

5、鋰電池溫度場檢測，只能通過傳感器或者圖像檢測設(shè)備，采集電池或電池組表面溫度場分布，去預(yù)測電池內(nèi)部溫度分布及溫度梯度分布。電池溫度場分布對估計電池壽命和保證電池安全可靠運行，起著至關(guān)重要作用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

0、
技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明一種基于圖像處理的鋰電池溫度場檢測系統(tǒng)與評估方法，通過采集電池組外表面溫度場圖像，檢測電池組溫度分布。在充放電過程中，測量電池電壓、電流、內(nèi)阻等參數(shù)，以及溫度場變化梯度，判斷電池充電效率以及電池是否存在安全隱患。進而，通過算法推測出電池組健康狀態(tài)，評估電池組的性能，預(yù)測電池組健康狀況。通過紅外圖像相機采集電池表面溫度信號，提取出電池表面溫度場分布。根據(jù)電池表面溫度場和發(fā)熱機理，計算出電池內(nèi)部溫度場分布。依據(jù)電池內(nèi)部溫度場分布，充放電電流，電池組電壓，環(huán)境溫度、電池內(nèi)阻等電氣參數(shù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價出電池健康狀態(tài)soh。

2、本發(fā)明解決其現(xiàn)實問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、一種基于圖像處理對鋰電池健康評估方法；所述評估方法基于鋰電池圖像處理平臺，所述平臺包括：采集鋰電池電參數(shù)機構(gòu)、圖像采集機構(gòu)、執(zhí)行控制機構(gòu)、本地服務(wù)器、云服務(wù)器和客戶訪問端，所述本地服務(wù)器根據(jù)采用鋰電池圖像信息轉(zhuǎn)換后生成判斷數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給云服務(wù)器；其中：

4、所述電參數(shù)機構(gòu)通過霍爾變送器和內(nèi)阻檢測儀采集鋰電池溫度場的電氣信息；

5、所述圖像采集機構(gòu)通過8k線陣相機采集鋰電池溫度場的圖像信息；

6、所述執(zhí)行控制機構(gòu)通過plc集成電路將所述的電氣信息和圖像信息進行處理集成數(shù)據(jù)發(fā)送本地服務(wù)器中；

7、所述云服務(wù)器接收集成數(shù)據(jù)對鋰電池按照溫度場邊緣分布、內(nèi)部溫度場區(qū)域分布和電極柱溫度計算輸出評估數(shù)據(jù)；

8、客戶訪問端通過移動設(shè)備訪問云服務(wù)器呈現(xiàn)到人機界面的鋰電池評估數(shù)據(jù)。

9、進一步，務(wù)器接收集成數(shù)據(jù)對鋰電池按照溫度場邊緣分布過程，包括如下步驟：

10、101、所述云服務(wù)器采用如下公式對集成數(shù)據(jù)中圖像信息進行濾波去噪生成去噪圖像f(x,y)；

11、y＝med{x1，x2，…xn}

12、

13、其中：x1，x2，…xn為圖像序列中各點值；表示n為奇數(shù)時圖像在該點中值；表示n為偶數(shù)時圖像在該點中值。

14、102、所述云服務(wù)器采用如下公式對去噪的圖像提取邊緣生成圖像中心邊緣點為g(x,y)；

15、

16、103、所述云服務(wù)器根據(jù)中心邊緣點采用如下公式生成邊緣強度m(x,y)；

17、

18、104、所述云服務(wù)器根據(jù)邊緣強度在各點的梯度方向上強度最大值點獲得鋰電池溫度場邊緣位置。

19、進一步，云服務(wù)器接收集成數(shù)據(jù)對電極柱溫度分布過程，包括如下步驟：

20、201、云服務(wù)器根據(jù)傅里葉定律按照如下公式獲得電極柱溫度模型：

21、

22、式中，i，j，k分別表示x，y，z軸單位標準向量；

23、λ為物體導(dǎo)熱系數(shù)；

24、202、云服務(wù)器根據(jù)傅里葉定律按照通過如下公式獲得電極柱流入溫度模型：

25、

26、

27、

28、其中：φx電極柱任一點x軸方向流入溫度；φy電極柱任一點y軸方向流入溫度；

29、φz電極柱任一點z軸方向流入溫度；λx電極柱任一點x軸方向流入溫度變化系數(shù)；

30、λy電極柱任一點y軸方向流入溫度變化系數(shù)；λz電極柱任一點z軸方向流入溫度變化系數(shù)；

31、203、云服務(wù)器根據(jù)傅里葉定律按照通過如下公式獲得電極柱流出溫度模型：

32、

33、

34、

35、其中：φx+dx電極柱任一點x軸方向流出溫度；φy+dy電極柱任一點y軸方向流出溫度；

36、φz+dz電極柱任一點z軸方向流出溫度；

37、204、云服務(wù)器根據(jù)傅里葉定律按照通過如下公式獲得電池極柱內(nèi)部溫度模型

38、

39、

40、

41、其中：δtx電極柱任一點x軸方向溫升；δty電極柱任一點y軸方向溫升；δtz電極柱任一點z軸方向溫升；

42、205、云服務(wù)器根據(jù)傅里葉定律按照通過如下公式獲得電池極柱溫度區(qū)域分布：

43、

44、其中，ρ為電池極柱密度；

45、c為電池極柱熱容；

46、φv為電池任一點產(chǎn)生熱量。

47、進一步，所述云服務(wù)器接收集成數(shù)據(jù)對鋰電池內(nèi)部溫度場分布過程；包括如下步驟：

48、301、云服務(wù)器通過直角坐標系三維穩(wěn)態(tài)建立有限元方程：

49、

50、熱密度邊界條件為

51、

52、對流換熱邊界條件：

53、

54、302、云服務(wù)器通過有限元方程按照如下公式獲得電池按照如下公式內(nèi)部溫度場區(qū)域分布：

55、

56、其中，ti為電池內(nèi)部溫度；ω為電池?zé)醾鲗?dǎo)區(qū)域；τ1為恒熱流溫度；τ1為恒熱流溫度；τ1為恒熱流溫度；τ1為恒熱流溫度；τ2為對流換熱溫度；τ2為對流換熱溫度；τ2為對流換熱溫度；τ2為對流換熱溫度；τ2為對流換熱溫度；h為對流換熱系數(shù)；ni為權(quán)函數(shù)；φa為該點初始溫度；進一步，所述云服務(wù)器通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出輸對鋰電池評估數(shù)據(jù)過程；包括如下步驟：

57、401、云服務(wù)器根據(jù)微分方程提取出電池組內(nèi)部溫度場數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

58、402、所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)按照如下公式輸出評估電池數(shù)據(jù)：

59、xi＝{ti，δtk，l，m，n，th，uj，ir，rs}

60、yo＝{soh}。

61、其中，ti為電池組內(nèi)部溫度；δtk為電池極柱溫升；l，m，n為電池組結(jié)構(gòu)尺寸(長，寬，高)；th為環(huán)境溫度；uj為電池組電壓；ir為電池組電流；rs為電池內(nèi)阻；

62、有益效果：

63、本發(fā)明通過采集電池組外表面溫度場圖像，檢測電池組溫度分布。在充放電過程中，測量電池電壓、電流、內(nèi)阻等參數(shù)，以及溫度場變化梯度，判斷電池充電效率以及電池是否存在安全隱患。進而，通過算法推測出電池組健康狀態(tài)，評估電池組的性能，預(yù)測電池組健康狀況。

64、本發(fā)明在鋰電池充放電過程中，檢測電池充放電溫度分布，判斷電池溫度變化特征，確定電池電化學(xué)轉(zhuǎn)換效率，估計電池電壽命。精確估計電池更換時間。

65、本發(fā)明采用邊緣云技術(shù)，實時采集就地信息，及時對數(shù)據(jù)進行分析，遠程實現(xiàn)大數(shù)據(jù)樣本學(xué)習(xí)，就地服務(wù)器數(shù)學(xué)模型參數(shù)在線更新，實現(xiàn)模型動態(tài)更新。

66、本發(fā)明在純電動汽車動力電池應(yīng)用場景，監(jiān)測鋰電池工作時溫度場分布，防止電池組的溫度失控，導(dǎo)致電池組發(fā)生爆燃、爆炸等嚴重危害。

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