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                  中低分辨率紅外熱成像技術在鋰電新能源行業的應用

                  來源:http://www.pitzips.com/gsxw/110.html │ 發表時間:2020-03-25 

                    疫情之下,紅外熱成像技術在各類體溫監測的應用中大顯身手,原來身價昂貴的紅外技術在高鐵、機場等場所遇到了“不問價”的土豪買家。筆者一個供應紅外熱成像器件的朋友一年前囤積了數千只中端器件,在疫情之前打算再用兩三年時間零售完畢,結果戲劇性被深圳的老板一次性加價掃空。而測溫門應用的低成本近距離紅外器件,目前是全球缺貨,訂貨周期達到26周(按歐洲疫情發展態勢,26周能否如期交付真的很懸)。


                  1. 紅外熱成像,香是真香,貴也是真貴!

                  相信鋰電新能源行業的從業者,看見紅外熱成像技術的種種應用,都會覺得“真香”!因為在鋰電池的生產、測試、倉儲等各個環節,都能應用熱成像技術解決目前存在的諸多問題。但看見熱成像設備及開發后的產品價格,在成本壓力越來越大的當下,只能望而卻步。一個機場高鐵站應用的高清紅外體溫篩查系統,客戶買單價格超過10萬元,普通清晰度的熱成像機芯,價格也是數千元起,做成熱成像儀價格還不算太高,做二次開發應用的話就無比昂貴了。如果有下游客戶明確提出需要在測試過程中使用,廠家最多采購一兩只,需要時輪流使用,無法在所有需要的場合固定長期監測。

                    

                  2. 如何節約成本選擇性價比高的紅外熱成像器件?

                  紅外熱成像應用,成本最高的是前端的傳感器和模組。通常來說,傳感器像素(分辨率)越高,價格越貴。高像素的紅外熱成像和低像素的相比,相同距離下一個像素對應的面積要更小,測溫的結果和熱成像的結果分辨率變更高。

                  如下圖所示,監測到寵物狗身上和頭上的兩個像素,顯示了狗身體與背景的填充系數。對于占據像素面積 100%的狗身體部分,測溫結果是狗的身體部位的溫度,但對于占據像素面積50%的狗頭部位的像素,測量溫度的結果是狗的頭部溫度與背景溫度的疊加。例如:如果狗的頭部溫度為30°C,背景溫度為 20°C,相機將檢測到25°C。

                                                                                            

                   由此可見,在一定的情況下,低像素紅外熱成像器件可能無法可靠的檢測到物體的小特征,或者監測到遠距離的小物體(距離越遠,一個像素對應面積越大)。這當然適用于所有的紅外相機。同樣,物體的移動也會對讀數產生微小的改變,如圖中所示: 位置 1的熱源,有一個完整的像素讀出的是熱源的溫度,而熱源若位于位置2,則每個像素都最多只有30%的熱源,需要與70%的背景溫度進行平均,即低分辨率熱成像對于移動的物體測溫也會有結果的差異。

                                                                                     

                  了解完這些差異后,我們就可以在某些應用領域中,選擇適當分辨率的紅外器件,從而在保證應用效果的同時,降低應用成本。以下為不同距離和面部細節下低分辨率紅外熱成像的成像結果,可以看到盡管細節已經無法分辨,人體輪廓和溫度分布差異是可以清晰呈現的。

                                                       

                   

                      3. 充放電試驗過程中溫升測試


                  由于鋰電池充放電過程中發熱的數據非常重要,很多測試要求監測電池表面的溫度,通常是應用接觸式的多個熱電偶粘貼到電池表面進行。但是每個熱電偶僅僅能得到單個測溫點的數據,無法將過程中的溫度分布進行完整記錄,遍布的測溫點也影響了被測物體的實際熱傳導、熱輻射特性。

                  應用紅外熱成像進行測溫,可以監測得到全過程的電池各個部位的溫升情況,自動尋找溫度最高位置,給出最高溫度的曲線和整個過程中電池表面的溫度分布,且達到±1℃的溫度精度,相比于多路測溫儀,測試數據和結果要直觀得多,非接觸測溫結果也更符合實際。

                  如下圖所示,由于鋰電池測試時固定,且形狀細節較少(多為方形),故可以應用較低的紅外分辨率器件進行溫度監測,以獲得較高的性價比。推薦中高端電池充放電通道進行大電流充放電時配置。如圖所示。

                                                                 

                   

                  4. 封閉空間內的安全監測與消防聯動

                  在鋰電池的一些安全或者性能測試中,樣品通常需要放置到封閉的艙內進行測試,如恒溫箱或者防爆測試柜。這些測試需要監測樣品試驗過程中的發熱,甚至需要聯動箱體裝備的自動滅火裝置如噴淋、二氧化碳滅火器、七氟丙烷滅火器等。

                  過去觸發這類滅火裝置,使用的通常是煙霧傳感器,或者是在艙內布設很多的溫度傳感器。由于溫箱內部的循環風和溫度閉環調節功能,傳感單元經常在電池起火后數分鐘才能夠進行動作。

                  在這種近距離、無需熱成像細節的場合,應用低分辨率紅外熱成像器件,將能夠實現更好的溫度報警與消防聯動,且應用成本較低,消防動作可靠。在一些噴射氣體、液體滅火的應用中,紅外熱成像模塊甚至可以通過快速監測物體表面溫度來控制昂貴的消防耗材的噴射劑量,節省更多的聯動成本。

                  下圖為達溫技術開發的艙內小型紅外測溫模塊,模塊可以由用戶靈活插拔,即插即用。模塊能夠在-40~125℃的環境下可靠監測物體溫度,并在發現溫度異常后迅速發出聯動信號。由于采用了低成本器件,模塊價格低廉,適合各型高低溫箱體選裝。

                                                                                         

                   

                  5. 室內、倉庫的早期火災監測

                  對于儲存大量鋰電池的庫房、車間等室內場合,應用紅外熱成像技術能彌補視頻監控無法自動發現早期火災的不足,能夠迅速發現起火位置并進行報警。

                  由于這類場景較多,面積或者區域較大,要實現全面覆蓋,將是一筆不小的花銷。應用時可以根據場景的大小,選用合適分辨率的紅外器件,顯著降低應用成本。

                  如下圖的火苗熱成像圖所示,在進行倉庫消防監測時,用戶其實可以不需要對于熱成像的分辨效果過多關注,只需要產品能在場景中有效的發現起火事件。在這些場景中,恰當的分辨率是高性價比的代名詞。

                                                                                               

                  在這類場景下,發現過熱并不意味著完成使命,對于初期火災,也不能莽撞的聯動噴淋等設置造成不必要的貨物損失。一套高度智慧的物聯網系統,能夠幫助用戶在熱成像模塊發現過熱或者起火后,迅速告知現場、值班室或消防控制室以及擁有手機聯網的相關人員。應用此類器件解決鋰電池儲存安全問題,需要一個系統的解決方案,且在一套系統中,兼容不同分辨率的紅外傳感設備。

                  針對部分行業車間庫房火災頻發問題,深圳達溫技術創新開發出全新的庫房紅外監測物聯網系統。該系統能夠迅速識別出一定面積場景中的過熱物體和早期火苗,并進行現場和遠程同步報警,運用先進的物聯網云端平臺,用戶還可以在手機端迅速接收到報警及報警位置的提示,實現“炬一反三”的報警信息全面告知的“智慧消防”效果。該系統解決方案在當前消防報警設置止災減損程度較低,而高端特種火災報警產品及智慧消防系統價格昂貴難以大量普及的情況下,具備顯著應用優勢。

                                                                

                  該物聯網系統能夠有效解決鋰電池車間、倉庫和實驗室,古建筑文物保護單位,木材家具包裝材料工廠等重點火災防控位置的早期火災的發現和預警難題,防范初發火苗演變成為大事故。

                    

                  6. 化成分容柜上大量樣品的溫度預警

                  以上應用基于的是中低分辨率的紅外熱成像器件,適中的像素有益于用戶成本的控制。對于需要防患未燃的過熱預警應用,則需要適度提升紅外分辨率,以獲得更加的覆蓋面積和物體分辨率,以及測溫精度。

                  在放置大量鋰電池的電池充放電柜上,如下圖案例,可能充放電通道自身配備了溫度傳感,能夠在充放電過程中實現溫度異常時的中斷。但由于需要每次更換樣品時操作粘貼和拆卸,帶來了效率下降與不便。實際應用時很多充放電柜并不配置溫度傳感或者配置了但是操作人員并不粘貼到樣品上。

                                                                       

                  針對這類場景,為了確保電池不因過熱造成失控,需要使用的紅外熱成像器件像素需要略高,但是并不需要器件固定盯住一處,可以通過輪詢的方式來降低器件使用量,實現成本與效果的平衡。如下圖所示分辨率的紅外器件,即可實現對過熱電池的溫度預警,且每處紅外應用成本最優。

                                                                               

                   

                  7. 核心知識產權

                           針對新能源領域各類場景開發紅外測溫產品、安全監測產品與解決方案。目前已經自主開發成功多款進口中低分辨率的紅外熱成像器件及應用,向用戶提供了紅外熱成像模組、產品及完整的系統應用,為新能源行業提供更加高性價比的解決方案。公司自主知識產權的“提升紅外測溫對異常發熱檢出能力的方法”,顯著降低了溫度監測所需的紅外像素要求,使得低成本器件獲得了高端器件的應用效果,已經申報國家發明專利。我公司開發的“多發一收物聯網中接收端的同步報警及復位方法”,使得智慧消防物聯網系統的應用大幅簡化,系統部署開通快捷,效應突出,已經申報國家發明專利。

                  相關標簽:在鋰電新能源行業的應用
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