衛(wèi)星鋰離子電池剩余壽命預(yù)測方法及應(yīng)用研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有工作電壓高、體積小、重量輕、比能量高、壽命長和自放電率小等優(yōu)點(diǎn),成為替代傳統(tǒng)氫鎳、鎳鎘電池的第三代衛(wèi)星用儲(chǔ)能電源。電源子系統(tǒng)作為衛(wèi)星全壽命周期可靠運(yùn)行的基礎(chǔ),鋰離子電池的在軌狀態(tài)監(jiān)測、性能預(yù)計(jì)和系統(tǒng)管理,已經(jīng)成為航天領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和挑戰(zhàn)問題之一。本文針對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的衛(wèi)星鋰離子電池剩余壽命預(yù)測展開研究。
　　首先,針對(duì)空間應(yīng)用的鋰離子電池在軌運(yùn)行實(shí)際容量數(shù)據(jù)難以監(jiān)測導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)在軌性能預(yù)計(jì)的問題,提出一種基于可測外參

2、數(shù)作為間接健康因子實(shí)現(xiàn)電池剩余壽命預(yù)測的預(yù)測方法框架。其次,將回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)(ESN)用于鋰離子電池間接剩余壽命預(yù)測框架,利用ESN的高度非線性逼近能力實(shí)現(xiàn)鋰離子電池退化建模,等壓降放電時(shí)間預(yù)測以及剩余壽命預(yù)測。
　　然后,針對(duì)等壓降放電時(shí)間單步迭代預(yù)測過程中,初始預(yù)測值不能準(zhǔn)確跟蹤真實(shí)值的下降趨勢,導(dǎo)致誤差逐步累計(jì)的問題,提出一種基于單調(diào)回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)(MONotonicEchoStateNetwork,MONESN)的鋰離子電池間

3、接RUL預(yù)測方法,將單調(diào)先驗(yàn)知識(shí)加入ESN的訓(xùn)練過程,限制MONESN的輸入和輸出之間的嚴(yán)格單調(diào)關(guān)系以符合剩余壽命軌跡特性,提高等壓降放電時(shí)間序列的預(yù)測精度。
　　最后,針對(duì)基于MONESN的電池RUL預(yù)測輸出不穩(wěn)定的問題,采用集成學(xué)習(xí)方法建立多個(gè)MONESN子模型,利用模型輸出多樣性降低泛化誤差并提高輸出穩(wěn)定性。
　　此外,面向航天實(shí)際應(yīng)用需求,采用集成單調(diào)回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)(EnsembleMONotonicEchoState

4、Network,EnMONESN)的鋰離子電池RUL預(yù)測算法為基礎(chǔ),充分發(fā)揮其良好的預(yù)測精度和輸出穩(wěn)定性,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室已有的RUL預(yù)測算法研究基礎(chǔ),采用LabVIEW和MATLAB混合編程的方式,完成基于EnMONESN,GPR和NDAR的衛(wèi)星鋰離子電池剩余壽命預(yù)測應(yīng)用軟件的開發(fā)和驗(yàn)證。
　　采用NASA公開數(shù)據(jù)集和實(shí)際衛(wèi)星鋰離子電池狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)完成的大量實(shí)驗(yàn)表明,基于EnMONESN的鋰離子電池間接RUL預(yù)測框架可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確而且穩(wěn)