一种锂电池的活性等级的识别方法和系统

本发明属于锂电池状态检测，具体涉及一种锂电池活性等级的识别方法和系统。

背景技术：

1、近几年在航运行业中，许多绿色能源技术广泛发展并被应用于船舶中，船舶动力锂电池具有零污染，能量密度高的特点被应用于船舶动力系统上。为了更好的利用锂电池，需要对锂电池的活性等级状态进行检测以得到锂电池的当前状态。

2、当前评估船舶动力锂电池的活性等级方法主要分为以下三大类：基于表征参数的方法、基于模型的评估方法和基于数据驱动的方法。基于表征参数的方法主要是通过建立船舶动力电池表征参数与活性等级的离线关系，通过测量或者计算的方法得到电池的表征参数最后通过离线关系得到船舶动力锂电池活性等级，此方法需要电池运行在特定的工况下，不适用于现实中的动力电池；基于模型的评估方法首先要建立可靠的电池性能模型，通过动力电池等效电路模型及其状态方程，应用滤波算法和观测器，搭建基于模型的船舶动力锂电池活性等级识别方法，充分考虑其影响因素后建立的数学模型过于复杂与之相对应的计算量也很大；基于数据驱动的方法是基于大量的离线数据，建立并训练动力电池电压、电流、温度等参数与活性等级的直接映射关系，此方法对于数据的依赖性太大且容易产生过拟合现象。

技术实现思路

1、根据锂电池的老化机理可知，随着锂电池的活性等级退化，锂电池中的自由锂元素会越来越少，相对的“死锂元素”会越来会多，锂电池活性判别系数越大代表锂电池中的自由锂元素越多，即锂电池活性等级越优秀。为了更为快捷方便且有效的得到锂电池的等级识别状态，本发明提出了一种利用中子成像来检测动力锂电池活性等级识别方法和系统。

2、实现本发明目的之一的一种锂电池活性等级识别方法，包括如下步骤：

3、s1、根据单体锂电池在多个不同soc状态下的每张中子图像的各像素的灰度值得到多个电池活性判别系数；

4、所述电池活性判别系数是基于锂电池在不同soc状态下中子图像的差异性来描述单体锂电池的活性；

5、所述中子图像即对单体锂电池进行中子成像后得到的图像；由于中子束对于轻元素更为敏感，锂元素为较轻的元素，故锂元素较多的区域对中子束的吸收较多，体现在中子图像上的灰度图中为灰度值较低的区域。锂电池在各soc状态下中子图像的灰度图反映的是电池单体在各soc状态下锂元素的分布图；

6、s2、对所述多个电池活性判别系数进行加权求和计算，得到锂电池活性等级判别系数；所述动力锂电池活性等级判别系数用于得到所述单体锂电池的活性等级。

7、为了加大灰度的区分度，能更加准确的反映锂离子的分布状态，更进一步地，所述步骤s1中，得到多个电池活性判别系数前还包括：对每幅中子图像的每个像素点的灰度进行映射计算得到每个像素点的灰度映射值，将中子图像中的每个像素点的灰度值替换成对应的灰度映射值。

8、更进一步地，所述灰度映射处理的方法包括：

9、根据每张中子图像的各像素点的灰度值以及所有像素点的最大灰度值gmax和最小灰度值gmin得到各像素点的灰度映射值。

10、更进一步地，得到各像素点的灰度映射值的方法包括：

11、

12、式中：

13、gi为中子图像第i个像素点的灰度值；

14、为中子图像第i个像素点的灰度映射值。

15、为了得到不同soc之间锂元素的分布状态区别，从而间接得到锂电池中自由锂元素的数量，进一步地，所述步骤s1中，得到多个电池活性判别系数的方法包括：

16、s101、根据soc值将中子图像组成多个图像组，其中每一图像组由多对中子图像组成，每一对中子图像对应的soc的差值的绝对值在设定范围内；

17、s102、对每个图像组中的每一对中子图像做差分运算得到多个差分图像，根据每个图像组中的每个差分图像的像素点的灰度值得到每个图像组的电池活性判别系数。

18、进一步地，所述步骤s102中，得到多个活性判别系数的方法包括：

19、计算每个图像组中的每个差分图像的像素点的灰度值的均值，对所有均值进行加权求和计算，从而得到每一图像组的活性判别系数pj(j∈[1,k]，k为图像组的组数)；其中加权求和的目的是能较为准确的反映锂电池中当前自由锂元素数量；

20、其中pj的计算方法包括：

21、

22、式中：

23、pj表示活性判别系数；

24、fi1与fi1'表示用于作差分运算的一对中子图像的第i个像素点的灰度值；

25、n表示中子图像所包含的像素点的总数；

26、ωi表示设定的权重，(i∈[1,k])。

27、实现本发明目的之二的一种锂电池活性等级识别系统，包括中子图像获取模块；电池活性判别系数获取模块；电池活性等级判别系数获取模块；

28、所述中子图像获取模块用于对处于多个不同soc状态下的单体锂电池进行中子成像，得到多张中子图像；

29、所述电池活性判别系数获取模块用于根据所述多张中子图像的各像素的灰度值得到多个电池活性判别系数；

30、所述电池活性等级判别系数获取模块用于对多个电池活性判别系数进行加权计算，得到电池活性等级判别系数；所述锂电池活性等级判别系数用于得到所述单体锂电池的活性等级。

31、进一步地，所述系统还包括灰度映射处理模块，用于对每幅中子图像的每个像素点的灰度进行映射计算，将中子图像中的每个像素点的灰度值替换成映射后的灰度值。

32、进一步地，所述系统还包括图像组划分模块，用于根据soc值将中子图像组成多个图像组，其中每一图像组由多对中子图像组成，每一对中子图像对应的soc差值的绝对值在设定范围内。

33、进一步地，所述系统还包括差分运算模块，用于将每一图像组中的每对中子图像进行差分运算得到差分图像，根据差分图像中的所有像素点的灰度值的均值得到每一组的电池活性判别系数。

34、有益效果：

35、本发明利用中子束对轻的元素的敏感性，基于锂电池在不同soc状态下中子图像的差异性来描述单体锂电池的活性，可以直接、快速且有效的测量电池活性等级，可以更为适当的利用锂电池，以获得更高的安全性和延长其使用寿命，同时使锂电池与船舶有更好的应用前景。

技术特征：

1.一种锂电池活性等级的识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的锂电池活性等级的识别方法，其特征在于，所述步骤s1中，得到多个电池活性判别系数前还包括：对每幅中子图像的每个像素点的灰度进行映射计算得到每个像素点的灰度映射值，将中子图像中的每个像素点的灰度值替换成对应的灰度映射值。

3.如权利要求2所述的锂电池活性等级的识别方法，其特征在于，所述对每幅中子图像的每个像素点的灰度进行映射计算的方法包括：根据每张中子图像的各像素点的灰度值以及所有像素点的最大灰度值gmax和最小灰度值gmin得到各像素点的灰度映射值。

4.如权利要求3所述的锂电池活性等级的识别方法，其特征在于，得到各像素点的灰度映射值的方法包括：

5.如权利要求1～4任一项所述的锂电池活性等级的识别方法，其特征在于，所述步骤s1中，得到多个电池活性判别系数的方法包括：

6.如权利要求5所述的锂电池活性等级的识别方法，其特征在于，所述步骤s102中，得到电池活性判别系数的方法包括：

7.一种如权利要求1所述方法的一种锂电池活性等级的识别系统，包括：中子图像获取模块；电池活性判别系数获取模块；电池活性等级判别系数获取模块；

8.如权利要求7所述的锂电池活性等级的识别系统，其特征在于，还包括灰度映射处理模块，用于对每幅中子图像的每个像素点的灰度进行映射计算，将中子图像中的每个像素点的灰度值替换成映射后的灰度值。

9.如权利要求7所述的锂电池活性等级的识别系统，其特征在于，还包括图像组划分模块，用于根据soc值将中子图像组成多个图像组，其中每一图像组由多对中子图像组成，每一对中子图像对应的soc差值的绝对值在设定范围内。

10.如权利要求7所述的锂电池活性等级的识别系统，其特征在于，还包括差分运算模块，用于将每一图像组中的每对中子图像进行差分运算得到差分图像，根据差分图像中的所有像素点的灰度值的均值得到每一组的电池活性判别系数。

技术总结
本发明公开了一种锂电池的活性等级识别的方法和系统。根据单体锂电池在多个不同SOC状态下的每张中子图像的各像素的灰度值得到多个电池活性判别系数，对所述多个电池活性判别系数进行加权计算，得到锂电池活性等级判别系数；所述动力锂电池活性等级判别系数用于得到所述单体锂电池的活性等级；本发明利用中子束对轻的元素的敏感性，用来检测锂电池中不同SOC状态下的锂元素的活性，可以直接、快速且有效的测量电池活性等级，可以更为适当的利用锂电池，以获得更高的安全性和延长其使用寿命，同时使锂电池与船舶有更好的应用前景。

技术研发人员：唐若笠,王海金,张彦,张鹏,张世汉,张尚煜
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13