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

背景技術(shù)

0、
背景技術(shù)：

1、鋰電池在動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池中，占據(jù)市場(chǎng)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(huì)下降。當(dāng)溫度過(guò)低，電池電壽命會(huì)大幅衰減，甚至造成不可逆損壞，或電池老化。當(dāng)溫度過(guò)高，電池會(huì)出現(xiàn)電解液分解，甚至著火。因此，準(zhǔn)確檢測(cè)鋰電池組內(nèi)部溫度場(chǎng)，保證電池健康運(yùn)行至關(guān)重要。

3、目前，電池組溫度檢測(cè)技術(shù)，通常檢測(cè)電池組外部溫度，作為判斷電池溫度依據(jù)，這種方式對(duì)檢測(cè)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(cè)要求高的場(chǎng)景，尚無(wú)有效技術(shù)，進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)算。

4、鋰電池理想工作溫度是25℃±5℃。只有精確檢測(cè)到鋰電池實(shí)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(chǎng)檢測(cè)，只能通過(guò)傳感器或者圖像檢測(cè)設(shè)備，采集電池或電池組表面溫度場(chǎng)分布，去預(yù)測(cè)電池內(nèi)部溫度分布及溫度梯度分布。電池溫度場(chǎng)分布對(duì)估計(jì)電池壽命和保證電池安全可靠運(yùn)行，起著至關(guān)重要作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

0、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種基于圖像處理的鋰電池溫度場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)與評(píng)估方法，通過(guò)采集電池組外表面溫度場(chǎng)圖像，檢測(cè)電池組溫度分布。在充放電過(guò)程中，測(cè)量電池電壓、電流、內(nèi)阻等參數(shù)，以及溫度場(chǎng)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(jìn)而，通過(guò)算法推測(cè)出電池組健康狀態(tài)，評(píng)估電池組的性能，預(yù)測(cè)電池組健康狀況。通過(guò)紅外圖像相機(jī)采集電池表面溫度信號(hào)，提取出電池表面溫度場(chǎng)分布。根據(jù)電池表面溫度場(chǎng)和發(fā)熱機(jī)理，計(jì)算出電池內(nèi)部溫度場(chǎng)分布。依據(jù)電池內(nèi)部溫度場(chǎng)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(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)出電池健康狀態(tài)soh。

2、本發(fā)明解決其現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種基于圖像處理對(duì)鋰電池健康評(píng)估方法；所述評(píng)估方法基于鋰電池圖像處理平臺(tái)，所述平臺(tái)包括：采集鋰電池電參數(shù)機(jī)構(gòu)、圖像采集機(jī)構(gòu)、執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)、本地服務(wù)器、云服務(wù)器和客戶訪問(wèn)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(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給云服務(wù)器；其中：

4、所述電參數(shù)機(jī)構(gòu)通過(guò)霍爾變送器和內(nèi)阻檢測(cè)儀采集鋰電池溫度場(chǎng)的電氣信息；

5、所述圖像采集機(jī)構(gòu)通過(guò)8k線陣相機(jī)采集鋰電池溫度場(chǎng)的圖像信息；

6、所述執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)通過(guò)plc集成電路將所述的電氣信息和圖像信息進(jìn)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(duì)鋰電池按照溫度場(chǎng)邊緣分布、內(nèi)部溫度場(chǎng)區(qū)域分布和電極柱溫度計(jì)算輸出評(píng)估數(shù)據(jù)；

8、客戶訪問(wèn)端通過(guò)移動(dòng)設(shè)備訪問(wèn)云服務(wù)器呈現(xiàn)到人機(jī)界面的鋰電池評(píng)估數(shù)據(jù)。

9、進(jìn)一步，務(wù)器接收集成數(shù)據(jù)對(duì)鋰電池按照溫度場(chǎng)邊緣分布過(guò)程，包括如下步驟：

10、101、所述云服務(wù)器采用如下公式對(duì)集成數(shù)據(jù)中圖像信息進(jìn)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(diǎn)值；表示n為奇數(shù)時(shí)圖像在該點(diǎn)中值；表示n為偶數(shù)時(shí)圖像在該點(diǎn)中值。

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

15、

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

17、

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

19、進(jìn)一步，云服務(wù)器接收集成數(shù)據(jù)對(duì)電極柱溫度分布過(guò)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(biāo)準(zhǔn)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(guò)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(diǎn)x軸方向流入溫度；φy電極柱任一點(diǎn)y軸方向流入溫度；

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

30、λy電極柱任一點(diǎn)y軸方向流入溫度變化系數(shù)；λz電極柱任一點(diǎn)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(guò)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(diǎn)x軸方向流出溫度；φy+dy電極柱任一點(diǎn)y軸方向流出溫度；

36、φz+dz電極柱任一點(diǎn)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(guò)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(diǎn)x軸方向溫升；δty電極柱任一點(diǎn)y軸方向溫升；δtz電極柱任一點(diǎn)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(guò)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(diǎn)產(chǎn)生熱量。

47、進(jìn)一步，所述云服務(wù)器接收集成數(shù)據(jù)對(duì)鋰電池內(nèi)部溫度場(chǎng)分布過(guò)程；包括如下步驟：

48、301、云服務(wù)器通過(guò)直角坐標(biāo)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(duì)流換熱邊界條件：

53、

54、302、云服務(wù)器通過(guò)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(chǎng)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(duì)流換熱溫度；τ2為對(duì)流換熱溫度；τ2為對(duì)流換熱溫度；τ2為對(duì)流換熱溫度；τ2為對(duì)流換熱溫度；h為對(duì)流換熱系數(shù)；ni為權(quán)函數(shù)；φa為該點(diǎn)初始溫度；進(jìn)一步，所述云服務(wù)器通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出輸對(duì)鋰電池評(píng)估數(shù)據(jù)過(guò)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(chǎng)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(píng)估電池?cái)?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(zhǎng)，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(guò)采集電池組外表面溫度場(chǎng)圖像，檢測(cè)電池組溫度分布。在充放電過(guò)程中，測(cè)量電池電壓、電流、內(nèi)阻等參數(shù)，以及溫度場(chǎng)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(jìn)而，通過(guò)算法推測(cè)出電池組健康狀態(tài)，評(píng)估電池組的性能，預(yù)測(cè)電池組健康狀況。

64、本發(fā)明在鋰電池充放電過(guò)程中，檢測(cè)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(jì)電池電壽命。精確估計(jì)電池更換時(shí)間。

65、本發(fā)明采用邊緣云技術(shù)，實(shí)時(shí)采集就地信息，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，遠(yuǎn)程實(shí)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(shí)現(xiàn)模型動(dòng)態(tài)更新。

66、本發(fā)明在純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池應(yīng)用場(chǎng)景，監(jiān)測(cè)鋰電池工作時(shí)溫度場(chǎng)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(yán)重危害。

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