[發明專利]一種儲能系統鋰電池堆三維立體溫度場重構方法

有效

• 申請號: 201710994035.5
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107845100B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 潘國兵;盧從成;歐陽靜;陳金鑫;普帥帥;姚小龍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/149;G06T17/20
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種儲能系統鋰電池堆三維立體溫度場重構方法，包括以下步驟：步驟1：以黑體爐標準熱源建立溫度與灰度映射模；步驟2：將電池堆紅外輪廓按照可視范圍內的三個表面進行區域分割；步驟3：將三個表面的紅外區域進行網格劃分，同時采用相同的網格劃分規則將電池堆立體模型進行網格劃分；步驟4：按照朗伯余弦定律對三個表面紅外區域內的灰度進行校正，并根據溫度與灰度映射模型映射得到表面網格的溫度分布；步驟5：結合表明溫度場的逐一迭代和電池堆內部溫度采集點的輻射即可得到重構出的電池堆三維立體溫度場。根據檢測點的驗證，本發明方法所重構的電池堆三維立體溫度場誤差小、實際可信度高。

技術領域

本發明屬于儲能系統鋰電池的熱管理領域，為鋰電池的熱管理提供一種立體溫度場重構的方法。

背景技術

隨著經濟的發展，能源短缺是全世界各個國家都面臨的問題。同時作為最重要的可利用的石化能源物質如煤炭、石油、天然氣等正面臨著枯竭的危險，能源短缺問題正變得越來越嚴重，并影響到人們的生活水平。另一方面，石化能源所帶來的環境污染、氣候變暖等問題已無法忽視，影響了可持續發展、節能環保理念的發展與推廣，正越來越受到人們的關注。在眾多的新型能源中，太陽能具有清潔無污染、安全可靠、制約少、用之不盡取之不竭、可持續利用等優點，從而具有不可比擬的優勢。分布式發電可以電力就地消納，節省輸變電投資和運行費用，減少集中輸電的線路損耗；而且與大電網供電互為補充，減少電網容量，改善電網峰谷性能，提高供電可靠性。

早期的太陽能光伏發電儲能系統一般使用富液式鉛酸蓄電池，它在使用過程中伴隨著有酸霧產生，污染環境閥控式鉛酸蓄電池由于它具有不需要不加酸水、無酸霧析出等優點，開始在光伏發電系統中廣泛使用。隨著VRLA技術的發展，閥控式鉛酸蓄電池成為分布式發電儲能系統的主流選擇。鉛酸蓄電池其工作性能穩定，在小型獨立光伏電站儲能系統中有很好的應用。近年來，隨著新技術突破、新能源電動汽車的陡然出現以及其井噴式的高速發展，讓世界更多的目光開始關注鋰離子電池。根據中國電力新聞網報道，2012年英國南安普頓大學和REAPsystems合作發現了一種新型鋰電池，將其應用于光伏系統的儲能系統，可以提升儲能效率達95％，高于常規鉛酸電池的80％。鋰離子電池以其容量大、能量密度高、體積小等諸多優點，已經廣泛應用于很多領域，并且已經逐漸開始應用于光伏電站的儲能系統。目前，儲能系統運行監測主要依托于光伏電站SCADA系統進行基本的電參數采集，以及人為的定時巡檢。受鉛酸蓄電池“免維護”特性限制，鋰電池堆熱管理方面的研究與應用相對滯后。

綜上所述，未來光伏電站將大量采用鋰離子電池來構建儲能系統，鋰電池的工作熱特性造成其故障常以熱的形式出現，并且熱故障的出現具有逐漸積累、發展變化、不易被發現的特點。目前亟需一種能對鋰電池堆熱故障進行提前預判的方法，及時發現溫度異常情況并精確定位到具體電池單體，實現故障提前預判并排除相應故障。

發明內容

為了克服現有的分布式光伏電站儲能系統無法實現電池堆故障檢測的不足，本發明提供一種基于紅外圖像與可見光圖像配準的電池堆三維立體溫度場重構方法，該方法結合電池堆表面溫度場分布情況以及內部特定點溫度，快速重構電池堆三維立體溫度場分布并定位異常溫度點所在位置，實現電池堆實時監測與隱形故障識別。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種儲能系統鋰電池堆三維立體溫度場重構方法，其所述重構方法包括步驟如下：

1)溫度值—灰度映射

對紅外圖像采集設備進行溫度標定，通過設定黑體爐不同的溫度并采集黑體爐對應穩定溫度下的紅外圖像，確定紅外圖像灰度值與被拍攝目標該像素對應位置的溫度值的映射關系，建立溫度值—灰度映射模型T＝f(G)；

2)電池堆紅外輪廓提取

電池堆的紅外圖像與可見光圖像同時采集，結合可見光圖像中電池堆清晰的輪廓提取電池堆紅外輪廓，將電池堆紅外立體輪廓按照可見的三個表面m、n、l進行區域分割，得到電池堆三個表面的溫度場分布情況；