本發(fā)明涉及一種用于電池生產(chǎn)檢查系統(tǒng)，特別是涉及一種電動汽車磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)壽命預(yù)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

動力電池作為新能源電動汽車的主要能量來源之一，其性能的好壞直接影響電動汽車運行性能和電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，根據(jù)電動汽車?yán)碚?，為了滿足電動汽車各種工況的需求，動力電池充放電電流不僅會隨著行駛狀況和駕駛員行為的變化而改變，而且動力電池本身還會受到溫度和振動的沖擊，這些作用將直接影響到動力電池的能量輸出和循環(huán)壽命，因此，對其實時監(jiān)測是保證動力電池和電動汽車高效而安全工作的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，對動力電池（如磷酸鐵鋰電池）循環(huán)壽命的檢測與預(yù)測仍然是當(dāng)今國內(nèi)外動力電池檢測領(lǐng)域的一個難題，它嚴(yán)重制約了電動汽車的發(fā)展和應(yīng)用。

要檢測磷酸鐵鋰動力電池的循環(huán)壽命，應(yīng)該根據(jù)電池組成部分的結(jié)構(gòu)形態(tài)與其性能之間的相互關(guān)系，通過綜合測量與分析電池的結(jié)構(gòu)形態(tài)和物理與化學(xué)性能來獲取。然而，目前判斷電池循環(huán)壽命的一般方法是通過對電池進(jìn)行充放電循環(huán)試驗，不僅難以真實地反映電池組成部分結(jié)構(gòu)形態(tài)和物理化學(xué)性能的變化，而且，檢測時間長、耗時和數(shù)據(jù)隨機(jī)性大。

目前未有通過電池組成部分結(jié)構(gòu)形態(tài)和物理化學(xué)性能的變化，來預(yù)測鋰電池的循環(huán)壽命的專利。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)象，本發(fā)明提供了一種磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)壽命預(yù)測系統(tǒng),該系統(tǒng)它不僅能解決處在不可視成型空間內(nèi)磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)壽命的動態(tài)、在線、多維地預(yù)測問題，而且更為重要的是能從電化學(xué)層析結(jié)構(gòu)形態(tài)中定量地研究行駛狀況中的磷酸鐵鋰動力電池形態(tài)與其循環(huán)壽命之間的規(guī)律。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)壽命預(yù)測系統(tǒng)，包括磷酸鐵鋰動力電池檢測子系統(tǒng)、檢測信息分析子系統(tǒng)和循環(huán)壽命自識別子系統(tǒng)；

所述磷酸鐵鋰動力電池檢測子系統(tǒng)用于實時、在線地獲取不同模擬工況下其對應(yīng)的層析圖像信息和電化學(xué)特性信息；

所述檢測信息分析子系統(tǒng)用于結(jié)合電化學(xué)特性信息和磷酸鐵鋰動力電池工作原理進(jìn)行層析圖像分析處理，包括層析圖像中的背景與分離、目標(biāo)標(biāo)度變換、亞像素插補(bǔ)的圖像預(yù)處理和多模式目標(biāo)特征圖像的提取和測量，從而系統(tǒng)定量的獲取代表磷酸鐵鋰動力電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)目標(biāo)的不同物理結(jié)構(gòu)形態(tài)的層析圖像，即目標(biāo)層析結(jié)構(gòu)圖像；

所述循環(huán)壽命自識別子系統(tǒng)用于以磷酸鐵鋰動力電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)與其循環(huán)壽命關(guān)系的層析圖像為向?qū)?，根?jù)電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)和基于行駛狀況的充放電方式與循環(huán)壽命之間的定量函數(shù)關(guān)系，從而預(yù)測使用工況中的電池循環(huán)壽命。

進(jìn)一步地，所述磷酸鐵鋰動力電池檢測子系統(tǒng)包括CT成像模塊、電化學(xué)特性測量模塊、充放電控制模塊；

所述CT成像模塊由X射線發(fā)生器和光電探測器構(gòu)成，用于非破環(huán)性、實時地獲取磷酸鐵鋰動力電池的三維層析圖像，即電池層析圖像；

所述電化學(xué)特性測量模塊用于基于電化學(xué)分析方法，如循環(huán)伏安法、交流阻抗法，通過測量使用工況中的磷酸鐵鋰動力電池充放電對應(yīng)的電流與電壓等信息，來獲取正負(fù)極材料的容量、電池內(nèi)阻和充放電循環(huán)伏安性能等電化學(xué)特性信息；

所述充放電控制模塊基于單片機(jī)設(shè)計，用于控制被測的磷酸鐵鋰動力電池的充放電狀態(tài)，對磷酸鐵鋰動力電池進(jìn)行基于模擬電動汽車行駛狀況的充放電。

進(jìn)一步地，所述檢測信息分析子系統(tǒng)包括層析圖像分析模塊和結(jié)構(gòu)信息處理模塊；

所述層析圖像分析模塊用于對三維層析圖像進(jìn)行背景分離、標(biāo)度變化和亞像素插補(bǔ)的圖像預(yù)處理，從而提高層析圖像的信息量，能從三維層析圖像中提取具有電化學(xué)特性的磷酸鐵鋰動力電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)信息，以獲得目標(biāo)層析圖像信息；

所述結(jié)構(gòu)信息處理模塊用于結(jié)合電化學(xué)特性實驗和鋰離子動力電池工作原理分析，系統(tǒng)而定量地分析目標(biāo)層析圖像中的各種信息，使用灰階分段二值化的技術(shù)進(jìn)行多目標(biāo)層析結(jié)構(gòu)提取，進(jìn)而可獲得代表磷酸鐵鋰動力電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)目標(biāo)的不同物理結(jié)構(gòu)形態(tài)的層析圖像，即目標(biāo)層析結(jié)構(gòu)圖像。

進(jìn)一步地，所述循環(huán)壽命自識別子系統(tǒng)包括形態(tài)學(xué)分析運算模塊和智能預(yù)測模塊；

所述形態(tài)學(xué)分析運算模塊由電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)與其循環(huán)壽命之間的數(shù)學(xué)模型和用于形態(tài)學(xué)分析的變換規(guī)則及其運算算法組成，用于獲取供智能預(yù)測模塊識別的循環(huán)壽命特征值信息；

所述智能預(yù)測模塊是基于電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)和循環(huán)壽命之間的特征函數(shù)和層析圖譜，從而由循環(huán)壽命特征值信息預(yù)測出磷酸鐵鋰動力電池的循環(huán)壽命。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

可以通過磷酸鐵鋰動力電池的X射線目標(biāo)層析結(jié)構(gòu)圖像及其電化學(xué)特性參數(shù)信息，揭示磷酸鐵鋰動力電池正負(fù)極材料的粒度、電化學(xué)特性、電解質(zhì)溶液水分含量、隔膜表面平整性和集流體氧化等與其循環(huán)壽命相互作用的機(jī)理，解決磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)壽命難于無損、實時預(yù)測難題。建立電池目標(biāo)層析結(jié)構(gòu)與其循環(huán)壽命之間的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)電池目標(biāo)層析結(jié)構(gòu)和循環(huán)壽命之間特征的形態(tài)學(xué)知識庫及自適應(yīng)識別方法，來對電池循環(huán)壽命進(jìn)行基于電池目標(biāo)層析結(jié)構(gòu)的智能識別和預(yù)測，解決磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)壽命難于定量表征的難題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的一種磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)壽命預(yù)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中電池檢測子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1中檢測信息分析子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖1中循環(huán)壽命自識別子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是電池檢測子系統(tǒng)的工作原理示意圖。

圖6是檢測信息分析子系統(tǒng)的工作原理示意圖。

圖7是循環(huán)壽命自識別子系統(tǒng)工作原理示意圖。

圖8 是本發(fā)明磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)壽命預(yù)測系統(tǒng)的工作原理示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。

請參閱圖1,本發(fā)明磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)壽命預(yù)測系統(tǒng)包括磷酸鐵鋰動力電池檢測子系統(tǒng)1、檢測信息分析子系統(tǒng)2和循環(huán)壽命自識別子系統(tǒng)3。

所述磷酸鐵鋰動力電池檢測子系統(tǒng)1用于實時、在線地獲取不同模擬工況下其對應(yīng)的層析圖像信息和電化學(xué)特性信息；

所述檢測信息分析子系統(tǒng)2用于結(jié)合電化學(xué)特性信息和磷酸鐵鋰動力電池工作原理分析，并提出合理有效的層析圖像處理方法，包括層析圖像中的背景與分離、目標(biāo)標(biāo)度變換、亞像素插補(bǔ)的圖像預(yù)處理和多模式目標(biāo)特征圖像的提取和測量，從而系統(tǒng)定量的獲取代表磷酸鐵鋰動力電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)目標(biāo)的不同物理結(jié)構(gòu)形態(tài)的層析圖像，簡稱目標(biāo)層析結(jié)構(gòu)圖像；

所述循環(huán)壽命自識別子系統(tǒng)3用于以磷酸鐵鋰動力電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)與其循環(huán)壽命關(guān)系的層析圖譜為向?qū)?，根?jù)電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)和基于行駛狀況的充放電方式與循環(huán)壽命之間的定量函數(shù)關(guān)系，從而預(yù)測使用工況中的電池循環(huán)壽命。

請參閱圖2，所述磷酸鐵鋰動力電池檢測子系統(tǒng)1包括CT成像模塊11、電化學(xué)特性測量模塊12、充放電控制模塊13；

所述CT成像模塊11由X射線發(fā)生器和光電探測器構(gòu)成，用于非破環(huán)性、實時地獲取磷酸鐵鋰動力電池的三維層析圖像（簡稱電池層析圖像）；

所述電化學(xué)特性測量模塊12用于基于電化學(xué)分析方法（循環(huán)伏安法、交流阻抗法），通過測量使用工況中的磷酸鐵鋰動力電池充放電對應(yīng)的電流與電壓等信息，來獲取正負(fù)極材料的容量、電池內(nèi)阻和充放電循環(huán)伏安性能等電化學(xué)特性信息；

所述充放電控制模塊13是基于單片機(jī)設(shè)計，用于控制被測的磷酸鐵鋰動力電池的充放電狀態(tài)，對磷酸鐵鋰動力電池進(jìn)行基于模擬電動汽車行駛狀況的充放電。

請參閱圖3，所述檢測信息分析子系統(tǒng)2包括層析圖像分析模塊21、結(jié)構(gòu)信息處理模塊22；

所述層析圖像分析模塊21用于對三維層析圖像進(jìn)行背景分離、標(biāo)度變化和亞像素插補(bǔ)的圖像預(yù)處理，從而提高層析圖像的信息量，能從三維層析圖像中提取具有電化學(xué)特性的磷酸鐵鋰動力電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)信息，以獲得目標(biāo)層析圖像信息；

所述結(jié)構(gòu)信息處理模塊22用于結(jié)合電化學(xué)特性實驗和鋰離子動力電池工作原理分析，系統(tǒng)而定量地分析目標(biāo)層析圖像中的各種信息，使用灰階分段二值化的技術(shù)進(jìn)行多目標(biāo)層析結(jié)構(gòu)提取，進(jìn)而可獲得代表磷酸鐵鋰動力電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)目標(biāo)的不同物理結(jié)構(gòu)形態(tài)的層析圖像，簡稱目標(biāo)層析結(jié)構(gòu)圖像。

請參閱圖4，所述循環(huán)壽命自適應(yīng)識別子系統(tǒng)3包括形態(tài)學(xué)分析運算模塊31、智能預(yù)測模塊32；

所述形態(tài)學(xué)分析運算模塊31由電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)與其循環(huán)壽命之間的數(shù)學(xué)模型和用于形態(tài)學(xué)分析的變換規(guī)則及其運算算法組成，用于獲取供智能預(yù)測模塊識別的循環(huán)壽命特征值信息。

所述智能預(yù)測模塊32由電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)和循環(huán)壽命之間特征的函數(shù)關(guān)系和層析圖譜組成，用于根據(jù)形態(tài)學(xué)分析運算模塊提供的循環(huán)壽命特征值預(yù)測出磷酸鐵鋰動力電池的循環(huán)壽命。

請參閱圖5，這是電池檢測子系統(tǒng)1的工作原理示意圖，子系統(tǒng)通過充電控制模塊13對磷酸鐵鋰動力電池進(jìn)行基于模擬電動汽車行駛狀況的充放電，并根據(jù)電池反饋信息監(jiān)測電池充放電狀態(tài)，同時，分別利用CT成像模塊11和電化學(xué)特性測量模塊12來實時、在線地獲取其對應(yīng)的層析圖像和電化學(xué)特性信息。其中CT成像模塊11中的X 射線發(fā)生器發(fā)出的X射線，穿過位于測量臺上的被測磷酸鐵鋰動力電池。根據(jù)原子核物理學(xué)的原理，當(dāng)X射線穿越電池時，其光子流將與磷酸鐵鋰動力電池中的原子發(fā)生相互作用，產(chǎn)生攜帶了磷酸鐵鋰動力電池結(jié)構(gòu)形態(tài)的信息的光電信號。然后，通過光電探測器將其記錄下來。計算機(jī)對這些信號進(jìn)行數(shù)字圖像處理和重建，則可非破環(huán)性、實時地獲取鋰離子電池的三維層析圖像（簡稱電池層析圖像）。而電化學(xué)特性測量模塊12是用電化學(xué)分析方法（循環(huán)伏安法、交流阻抗法），通過測量使用工況中的磷酸鐵鋰動力電池充放電對應(yīng)的電流與電壓等信息，來獲取正負(fù)極材料的容量、電池內(nèi)阻和充放電循環(huán)伏安性能等電化學(xué)特性信息；

請參閱圖6，這是檢測信息分析子系統(tǒng)2的工作原理示意圖， 先是子系統(tǒng)中的層析圖像分析模塊21根據(jù)形態(tài)學(xué)集合及其變換和電池的電化學(xué)特性，由圖像分割和亞像素插補(bǔ)法從三維層析圖像中提取具有電化學(xué)特性的磷酸鐵鋰動力電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)信息，以獲得目標(biāo)層析圖像信息；其次，結(jié)構(gòu)信息處理模塊22通過結(jié)合電化學(xué)特性信息和鋰離子動力電池工作原理分析，系統(tǒng)而定量地分析目標(biāo)層析圖像中的各種信息，使用灰階分段二值化的技術(shù)進(jìn)行多目標(biāo)層析結(jié)構(gòu)提取，進(jìn)而可獲得代表磷酸鐵鋰動力電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)目標(biāo)的不同物理結(jié)構(gòu)形態(tài)的層析圖像。

請參閱圖7，這是循環(huán)壽命自適應(yīng)識別子系統(tǒng)3工作原理示意圖，子系統(tǒng)以目標(biāo)結(jié)構(gòu)層析圖像為向?qū)?，分析出電池層析結(jié)構(gòu)形態(tài)與電池循環(huán)壽命之間的關(guān)系。目標(biāo)結(jié)構(gòu)層析圖像信息進(jìn)入形態(tài)學(xué)分析運算模塊31，經(jīng)過形態(tài)學(xué)分析變換及其運算處理，輸出供智能預(yù)測模塊32識別的循環(huán)壽命特征值信息。接著智能預(yù)測模塊32根據(jù)形態(tài)學(xué)分析運算模塊31提供的循環(huán)壽命特征值經(jīng)過層析圖譜查找和預(yù)測函數(shù)運算從而得出磷酸鐵鋰動力電池的循環(huán)壽命。

請參閱圖8，這是本發(fā)明磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)壽命預(yù)測系統(tǒng)的工作原理示意圖，電池檢測子系統(tǒng)1通過檢測磷酸鐵鋰動力電池獲取電動汽車不同模擬行駛狀況下的電化學(xué)特性信息和電池目標(biāo)層析圖像，然后將得到的電化學(xué)特性信息和三維層析圖像經(jīng)過檢測信息分析子系統(tǒng)2的提取、處理，可以得到不同模擬行駛狀況和電化學(xué)特性的電池目標(biāo)層析結(jié)構(gòu)圖像。最后信息匯總到循環(huán)壽命自識別子系統(tǒng)3中，通過運算分析得到磷酸鐵鋰動力電池的循環(huán)壽命。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。