一种储能电池极耳自动识别方法及系统与流程

1.本发明设计储能电池检测技术领域，具体来说是一种储能电池极耳自动识别方法及系统。


背景技术：

2.近年来，锂离子电池为代表的电化学储能技术由于其灵活、快速的优点，成为目前电力储能领域装机容量增长最快的储能技术。方形硬壳电池因其技术难度相对低、对电芯保护性好、便于成组的特点广泛应用于电化学储能系统。在电池集成储能系统前，需要对大量电池的性能及安全性进行检测，评估电池安全性；随着大量电池退役，需要对这些退役电池进行检测，判断电池状态，评估梯次利用价值。在大批量电池检测中，需要将测试装置连接线与电池极耳稳定连接，而电池摆放方式、摆放位置的差别都会导致检测线很难精准对接电池极耳。目前电池检测中电池极耳的识别都是通过人为的经验识别，这样会造成识别效率降低及识别成本的增加，且不适用于大批量不同尺寸及类型电池的检测作业。
3.cn214336750u公开的本实用新型公开一种旋转调整电池装置，包括固定机构、旋转驱动件及传感识别机构，固定机构上设置有电池收容区，电池收容区用于放置电池，固定机构用于固定电池，旋转驱动件与固定机构连接，旋转驱动件用于驱动固定机构旋转，传感识别机构朝向电池的极耳设置，传感识别机构用于识别极耳的位置。本实用新型的旋转调整电池装置通过设置固定机构、旋转驱动件及传感识别机构使得电池可以被准确转动，具体地，当传感识别机构识别到电池的放置角度有误时，旋转驱动件驱动固定机构转动，放置在固定机构上的电池随固定机构转动，以此保证电池放置的位置与角度准确。但是通过激光识别的方法需要接收器及发射器，成本高，占用设备空间，受限于发射器和接收器尺寸以及电池摆放的方式，很难直接形成电池极耳位置判断。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于如何准确计算出电池极耳的三维位置。
5.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
6.一种储能电池极耳自动识别方法，包括以下步骤：
7.s01.搭建太阳能电池板阵列，在每块太阳能电池板下方放置有力敏传感器；
8.s02.将储能电池放置在所述太阳能电池板阵列上；启动平行光自上而下照射；
9.s03.获取每块太阳能电池板产生的响应电压数据，以及每个力敏传感器的力敏信号；
10.s04.依据不同太阳能电池板的响应电压数据、电压分布得到储能电池的电压矩阵，从而判断储能电池的位置；
11.s05.依据力敏传感器产生力敏信号及分布形成的压力矩阵，从而判断储能电池除极耳以外的电池本体的位置；根据压力矩阵和电压矩阵的差异，从而识别电池极耳位置；
12.s06.根据电池极耳距离平台高度存在差异时极耳下方电池板上光照强度不同，反
推确定极耳距离太阳能电池板的高度，从而构建电池极耳的三维位置。
13.本发明基于太阳能电池板开路电压随光照强度增强而增强的原理，垂直光光照设施垂直照射方形硬壳储能电池，电池板阵列上被方形硬壳储能电池覆盖区域因电池壳体及极耳遮挡导致太阳能电池板接受不到光照而与未遮挡部分产生电压差，根据均匀分布的太阳能电池开路电压的位置矩阵，判断电池及极耳形状。利用分布于小型太阳能板底部的力敏传感器感知的压力矩阵，从而与未被电池挤压的位置形成信号差，进一步形成受挤压太阳能电池板的位置矩阵，从而判断不含电池极耳的电池本体的位置。进一步的根据方形硬壳储能电池极耳突出于电池壳体的形状特征，从而在压力矩阵和电压矩阵上存在差异，从而识别电池极耳位置。进一步的根据电池极耳距离平台高度存在差异时极耳下方电池板上光照强度不同，反推确定极耳距离平台的高度，从而构建电池极耳的三维位置。
14.进一步的，所述步骤s04的储能电池位置的具体识别方法为：
15.根据太阳能电池板阵列方式，以坐标0点为起点，以每一个太阳能电池板为刻度1，建立太阳能电池板位置矩阵p，假设具有n排，m列太阳能电池板，则
[0016][0017]
根据每块太阳能电池板的电压形成于位置矩阵对应的电压矩阵v：
[0018][0019]
通过某个太阳能电池板电压v
a,b
与附近电池板电压的变化率，计算各个太阳能电池板位置的变化率归一化因子i
a,b
：
[0020][0021]
其中，r为以某个太阳能电池板为中心的范围半径，x1为横向光源一致性矫正因子，x2为纵向光源一致性矫正因子；
[0022]
从而形成，位置的变化率归一化因子矩阵i
[0023][0024]
依据以下判据将i矩阵转换为只包含0和1的a矩阵，a矩阵中的值a(a,b)如下所示：
[0025][0026]
其中，l为变化率判断因子，a(a,b)＝1的区域为电池边缘及电池极耳的位置。
[0027]
进一步的，所述步骤s05的电池本体的位置的具体识别方法为：
[0028]
根据每个太阳能电池板下的力敏传感器形成的力敏信号，形成与位置对应的力敏信号矩阵n(a,b)
[0029][0030]
通过以下判据将太阳能电池板的位置矩阵p，转化为力敏响应的只包含0和1的矩阵n，n矩阵中的值n(a,b)为：
[0031][0032]
其中，n(a,b)＝1的表示此区域为电池本体覆盖区域；
[0033]
对于任意的(a1,b1)位置的值，若存在a(a1,b1)＝1且n(a1,b1)＝0，位置点(a1,b1)即为电池极耳所在的位置；令a’(a1,b1)＝a(a1,b1)，从而形成电池极耳所在位置的位置点坐标群a’。
[0034]
进一步的，所述步骤s06的储能电池极耳距太阳能电池板的高度具体计算方法为：提取所有位置点坐标群a’处的太阳能电池板电压v
ax,by
，计算v
ax,by
的算数平均值v
[0035][0036]
其中，n为坐标群a’中的坐标数量；
[0037]
电池极耳距离太阳能电池板的距离l计算方式如下：
[0038][0039]
其中，kb为玻尔兹曼常数；t为环境温度；q为单位电荷；n
idl
为光照理想因子；k为矫正因子；c为矫正常数。
[0040]
与上述方法对应的，本发明还公开一种储能电池极耳自动识别系统，包括：
[0041]
识别装置，所述识别装置包括太阳能电池板阵列，在每块太阳能电池板下方放置有力敏传感器；平行光垂直于所述太阳能电池板阵列；
[0042]
数据获取模块，用以获取每块太阳能电池板产生的响应电压数据，以及每个力敏传感器的力敏信号；
[0043]
储能电池位置计算模块，用于依据不同太阳能电池板的响应电压数据、电压分布得到储能电池的电压矩阵，从而判断储能电池的位置；
[0044]
极耳位置计算模块，依据力敏传感器产生力敏信号及分布形成的压力矩阵，从而判断储能电池除极耳以外的电池本体的位置；根据压力矩阵和电压矩阵的差异，从而识别电池极耳位置；
[0045]
极耳高度计算模块，根据电池极耳距离平台高度存在差异时极耳下方电池板上光照强度不同，反推确定极耳距离太阳能电池板的高度，从而构建电池极耳的三维位置。
[0046]
进一步的，所述储能电池位置的具体计算方法为：
[0047]
根据太阳能电池板阵列方式，以坐标0点为起点，以每一个太阳能电池板为刻度1，建立太阳能电池板位置矩阵p，假设具有n排，m列太阳能电池板，则
[0048][0049]
根据每块太阳能电池板的电压形成于位置矩阵对应的电压矩阵v：
[0050][0051]
通过某个太阳能电池板电压v
a,b
与附近电池板电压的变化率，计算各个太阳能电池板位置的变化率归一化因子i
a,b
：
[0052][0053]
其中，r为以某个太阳能电池板为中心的范围半径，x1为横向光源一致性矫正因子，x2为纵向光源一致性矫正因子；
[0054]
从而形成，位置的变化率归一化因子矩阵i
[0055][0056]
依据以下判据将i矩阵转换为只包含0和1的a矩阵，a矩阵中的值a(a,b)如下所示：
[0057][0058]
其中，l为变化率判断因子，a(a,b)＝1的区域为电池边缘及电池极耳的位置。
[0059]
进一步的，所述电池本体的位置的具体计算方法为：
[0060]
根据每个太阳能电池板下的力敏传感器形成的力敏信号，形成与位置对应的力敏信号矩阵n(a,b)
[0061][0062]
通过以下判据将太阳能电池板的位置矩阵p，转化为力敏响应的只包含0和1的矩阵n，n矩阵中的值n(a,b)为：
[0063][0064]
其中，n(a,b)＝1的表示此区域为电池本体覆盖区域；
[0065]
对于任意的(a1,b1)位置的值，若存在a(a1,b1)＝1且n(a1,b1)＝0，位置点(a1,b1)即为电池极耳所在的位置；令a’(a1,b1)＝a(a1,b1)，从而形成电池极耳所在位置的位置点坐标群a’。
[0066]
进一步的，所述储能电池极耳距太阳能电池板的高度具体计算方法为：提取所有位置点坐标群a’处的太阳能电池板电压v
ax,by
，计算v
ax,by
的算数平均值
[0067][0068]
其中，n为坐标群a’中的坐标数量；
[0069]
电池极耳距离太阳能电池板的距离l计算方式如下：
[0070][0071]
其中，kb为玻尔兹曼常数；t为环境温度；q为单位电荷；n
idl
为光照理想因子；k为矫正因子；c为矫正常数。
[0072]
进一步的，所述太阳能电池板为硅基太阳能板，为方形结构，相邻两块太阳能电池板间隔不大于5mm。
[0073]
进一步的，所述力敏传感器的尺寸小于或等于太阳能电池板。
[0074]
本发明的优点在于：
[0075]
本发明基于太阳能电池板开路电压随光照强度增强而增强的原理，垂直光光照设施垂直照射方形硬壳储能电池，电池板阵列上被方形硬壳储能电池覆盖区域因电池壳体及极耳遮挡导致太阳能电池板接受光照较弱而与未遮挡部分产生电压差，根据均匀分布的太阳能电池开路电压的位置矩阵，判断电池及极耳形状。利用分布于小型太阳能板底部的力敏传感器感知的压力矩阵，从而与未被电池挤压的位置形成信号差，进一步形成受挤压太阳能电池板的位置矩阵，从而判断不含电池极耳的电池本体的位置。进一步的根据方形硬壳储能电池极耳突出于电池壳体的形状特征，从而在压力矩阵和电压矩阵上存在差异，从而识别电池极耳位置。进一步的根据电池极耳距离平台高度存在差异时极耳下方电池板上光照强度不同，反推确定极耳距离平台的高度，从而构建电池极耳的三维位置。
[0076]
该方法所需的工作平台搭建简单，实施难度小，通过电压数据和力敏数据即可判断电极的三维位置，具有很高的实用价值。
附图说明
[0077]
图1为本发明实施例中识别装置的整体结构示意图；
[0078]
图2为图1中储能电池放置在太阳能电池板阵列的俯视图。
具体实施方式
[0079]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0080]
本实施例公开一种储能电池极耳自动识别方法，包括以下步骤：
[0081]
s01.搭建太阳能电池板阵列，在每块太阳能电池板1下方放置有力敏传感器2；
[0082]
s02.将储能电池6放置在所述太阳能电池板1阵列上；启动平行光自上而下照射；
[0083]
s03.获取每块太阳能电池板1产生的响应电压数据，以及每个力敏传感器2的力敏信号；
[0084]
s04.依据不同太阳能电池板的响应电压数据、电压分布得到储能电池的电压矩阵，从而判断储能电池的位置；
[0085]
s05.依据力敏传感器产生力敏信号及分布形成的压力矩阵，从而判断储能电池除极耳以外的电池本体的位置；根据压力矩阵和电压矩阵的差异，从而识别电池极耳位置；
[0086]
s06.根据电池极耳距离平台高度存在差异时极耳下方电池板上光照强度不同，反推确定极耳距离太阳能电池板的高度，从而构建电池极耳的三维位置。
[0087]
具体如下：
[0088]
根据太阳能电池板1阵列方式，以坐标0点为起点，以每一个太阳能电池板1为刻度1，建立太阳能电池板1位置矩阵p，其中在平台上具有n排，m列太阳能电池板1。
[0089][0090]
根据每块太阳能电池板1的电压形成于位置矩阵对应的电压矩阵v：
[0091][0092]
进一步的通过某个太阳能电池板1电压v
a,b
与附近电池板电压的变化率，计算各个太阳能电池板1位置的变化率归一化因子i
a,b
：
[0093]
[0094]
其中，r为以某个太阳能电池板1为中心的范围半径，取值范围为1-10；x1为横向光源一致性矫正因子，取值范围为0.8-1.2；x2为纵向光源一致性矫正因子，取值范围为0.8-1.2。
[0095]
从而形成，位置的变化率归一化因子矩阵i
[0096][0097]
依据以下判据将i矩阵转换为只包含0和1的a矩阵，a矩阵中的值a(a,b)如下所示：
[0098][0099]
其中，l为变化率判断因子，取值范围为0.01-0.001，a(a,b)＝1的区域为电池边缘及电池极耳61的位置。
[0100]
进一步的，根据每个太阳能电池板1下的力敏传感器2形成的力敏信号，形成与位置对应的力敏信号矩阵n(a,b)
[0101][0102]
通过以下判据将太阳能电池板1的位置矩阵p，转化为力敏响应的只包含0和1的矩阵n，n矩阵中的值n(a,b)为：
[0103][0104]
其中，n(a,b)＝1的表示此区域为电池本体覆盖区域。
[0105]
进一步的，对于任意的(a1,b1)位置的值，若存在a(a1,b1)＝1且n(a1,b1)＝0，位置点(a1,b1)即为电池极耳61所在的位置。令a’(a1,b1)＝a(a1,b1)，从而形成电池极耳61所在位置的位置点坐标群a’。
[0106]
进一步的，提取所有位置点坐标群a’处的太阳能电池板1电压v
ax,by
，计算v
ax,by
的算数平均值
[0107][0108]
其中，n为坐标群a’中的坐标数量。
[0109]
计算电池极耳61距离太阳能电池板1的距离l，距离l计算方式如下：
[0110][0111]
其中，kb为玻尔兹曼常数；t为环境温度；q为单位电荷；n
idl
为光照理想因子，n
idl
取值为1-2；k为矫正因子，取值范围为0-1；c为矫正常数，取值为0-5。
[0112]
因此，形成了电池极耳61所在位置的位置点群a’以及电池极耳61距离太阳能电池板1的距离l。从而可以确定电池极耳61的位置。
[0113]
与上述方法对应的，本发明还提供一种储能电池极耳自动识别系统，如图1、图2所示，包括：
[0114]
识别装置，平台3、太阳能电池板1、力敏传感器2、平行光光源4、传输线及电脑5。
[0115]
平台3为刚性检测平台3，平台3上均匀阵列分布方形毫米级太阳能电池板1，太阳能电池板1下面分布尺寸小于或者等于太阳能电池板1的力敏传感器2；
[0116]
太阳能电池板1为硅基太阳能板能够吸收平行光，通过光电效应或者光化学效应将光能转换成电能，能够产生0-2v电压，太阳能电池板1为方形结构，其尺寸小于10mm2，太阳能电池板1均匀分布在平台3上，板与板之间间隔不大于5mm，单块太阳能电池板1能够承受20g以上的压力，能够承受电池的重量。
[0117]
力敏传感器2为力敏电阻，力敏传感器2位于太阳能电池板1下方，尺寸小于或者等于太阳能电池板1，力敏传感器2能够在太阳能板承受压力时产生电阻变化，感知压力信号。
[0118]
平行光源4用于产生平行光，在平行光垂直照射时，由于电池的遮挡，会在太阳能电池板1上形成无光阴影，从而影响太阳能电池板1的光能-电能转换，在外界表现为电压的差异；
[0119]
电脑5用于控制平行光源4的开关以及采集太阳能电池板1的电压分布数据，处理太阳能电池板1电压数据及力敏传感器2数据，判断电池极耳61位置。电脑5里装载有：
[0120]
数据获取模块，用以获取每块太阳能电池板1产生的响应电压数据，以及每个力敏传感器2的力敏信号；
[0121]
储能电池6位置计算模块，用于依据不同太阳能电池板1的响应电压数据、电压分布判断储能电池6的位置；具体计算方法见上述方法部分。
[0122]
极耳61位置计算模块，用于依据力敏传感器2产生力敏信号及分布，判断储能电池6除极耳61以外的电池本体的位置；与储能电池6位置求差集即可得到电极位置；具体计算方法见上述方法部分。
[0123]
极耳61高度计算模块，用于根据电池极耳61位置的所有太阳能电池板1的平均电压计算出极耳61距离太阳能电池板1的高度；具体计算方法见上述方法部分。
[0124]
本实施例的原理为：基于太阳能电池板开路电压随光照强度增强而增强的原理，通过在识别平台上均匀分布毫米级小型太阳能电池板，在电池传送到识别平台后，利用顶部垂直光光照设施垂直照射方形硬壳储能电池及识别平台，识别平台上被方形硬壳储能电池覆盖区域因电池壳体及极耳遮挡导致平台上均匀分布的毫米级太阳能电池板接受不到光照而与未遮挡部分产生电压差，根据均匀分布的太阳能电池开路电压的位置矩阵，判断电池及极耳形状。利用分布于小型太阳能板底部的力敏传感器感知的压力矩阵，在电池传送到识别平台后，电池本体会对太阳能电池板施加重力作用，从而与未被电池挤压的位置形成信号差，进一步形成受挤压太阳能电池板的位置矩阵，从而判断不含电池极耳的电池本体的位置。进一步的根据方形硬壳储能电池极耳突出于电池壳体的形状特征，从而在压力矩阵和电压矩阵上存在差异，从而识别电池极耳位置。进一步的根据电池极耳距离平台高度存在差异时极耳下方电池板上光照强度不同，反推确定极耳距离平台的高度，从而构建电池极耳的三维位置。
[0125]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。