[发明专利]一种储能系统锂电池堆三维立体温度场重构方法

说明书

一种储能系统锂电池堆三维立体温度场重构方法，包括以下步骤：步骤1：以黑体炉标准热源建立温度与灰度映射模；步骤2：将电池堆红外轮廓按照可视范围内的三个表面进行区域分割；步骤3：将三个表面的红外区域进行网格划分，同时采用相同的网格划分规则将电池堆立体模型进行网格划分；步骤4：按照朗伯余弦定律对三个表面红外区域内的灰度进行校正，并根据温度与灰度映射模型映射得到表面网格的温度分布；步骤5：结合表明温度场的逐一迭代和电池堆内部温度采集点的辐射即可得到重构出的电池堆三维立体温度场。根据检测点的验证，本发明方法所重构的电池堆三维立体温度场误差小、实际可信度高。

技术领域

本发明属于储能系统锂电池的热管理领域，为锂电池的热管理提供一种立体温度场重构的方法。

背景技术

随着经济的发展，能源短缺是全世界各个国家都面临的问题。同时作为最重要的可利用的石化能源物质如煤炭、石油、天然气等正面临着枯竭的危险，能源短缺问题正变得越来越严重，并影响到人们的生活水平。另一方面，石化能源所带来的环境污染、气候变暖等问题已无法忽视，影响了可持续发展、节能环保理念的发展与推广，正越来越受到人们的关注。在众多的新型能源中，太阳能具有清洁无污染、安全可靠、制约少、用之不尽取之不竭、可持续利用等优点，从而具有不可比拟的优势。分布式发电可以电力就地消纳，节省输变电投资和运行费用，减少集中输电的线路损耗；而且与大电网供电互为补充，减少电网容量，改善电网峰谷性能，提高供电可靠性。

早期的太阳能光伏发电储能系统一般使用富液式铅酸蓄电池，它在使用过程中伴随着有酸雾产生，污染环境阀控式铅酸蓄电池由于它具有不需要不加酸水、无酸雾析出等优点，开始在光伏发电系统中广泛使用。随着VRLA技术的发展，阀控式铅酸蓄电池成为分布式发电储能系统的主流选择。铅酸蓄电池其工作性能稳定，在小型独立光伏电站储能系统中有很好的应用。近年来，随着新技术突破、新能源电动汽车的陡然出现以及其井喷式的高速发展，让世界更多的目光开始关注锂离子电池。根据中国电力新闻网报道，2012年英国南安普顿大学和REAPsystems合作发现了一种新型锂电池，将其应用于光伏系统的储能系统，可以提升储能效率达95％，高于常规铅酸电池的80％。锂离子电池以其容量大、能量密度高、体积小等诸多优点，已经广泛应用于很多领域，并且已经逐渐开始应用于光伏电站的储能系统。目前，储能系统运行监测主要依托于光伏电站SCADA系统进行基本的电参数采集，以及人为的定时巡检。受铅酸蓄电池“免维护”特性限制，锂电池堆热管理方面的研究与应用相对滞后。

综上所述，未来光伏电站将大量采用锂离子电池来构建储能系统，锂电池的工作热特性造成其故障常以热的形式出现，并且热故障的出现具有逐渐积累、发展变化、不易被发现的特点。目前亟需一种能对锂电池堆热故障进行提前预判的方法，及时发现温度异常情况并精确定位到具体电池单体，实现故障提前预判并排除相应故障。

发明内容

为了克服现有的分布式光伏电站储能系统无法实现电池堆故障检测的不足，本发明提供一种基于红外图像与可见光图像配准的电池堆三维立体温度场重构方法，该方法结合电池堆表面温度场分布情况以及内部特定点温度，快速重构电池堆三维立体温度场分布并定位异常温度点所在位置，实现电池堆实时监测与隐形故障识别。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种储能系统锂电池堆三维立体温度场重构方法，其所述重构方法包括步骤如下：

1)温度值—灰度映射

对红外图像采集设备进行温度标定，通过设定黑体炉不同的温度并采集黑体炉对应稳定温度下的红外图像，确定红外图像灰度值与被拍摄目标该像素对应位置的温度值的映射关系，建立温度值—灰度映射模型T＝f(G)；

2)电池堆红外轮廓提取

电池堆的红外图像与可见光图像同时采集，结合可见光图像中电池堆清晰的轮廓提取电池堆红外轮廓，将电池堆红外立体轮廓按照可见的三个表面m、n、l进行区域分割，得到电池堆三个表面的温度场分布情况；