计
算机测量与控制
.2015.23
(
4
)
Com
p
uter
Measurement
& Control
试验与评价技术
·
1
262
·
收
稿日期
:
2
015
-
0
2
-
2
0
;
修
回日期
:
2
015
-
0
3
-
0
6
。
基
金项目
:
北京市科委科技创新基地培育与发展工程专项项目
(
Z
141101004414072
)
。
作
者简介
:
艾
力
(
1
989
-
)
,
男
,
湖
北黄冈人
,
硕士生
,
主要从事故障
预测与健康管理技术方向的研究
。
文章编号
:
1
671
-
4
598
(
2015
)
04
-
1
262
-
0
4
中
图分类号
:
T
P277
;
V57
文
献标识码
:
A
基于数据驱动的卫星锂离子电池寿命预测方法
艾
力
1
,
2
,
房
红征
2
,
3
,
于
功敬
2
,
樊
焕贞
2
,
3
(
1
.
中国航天科工二院
,
北京
100854
;
2.
北京航天测控技术有限公司
,
北京
100041
;
3.
北京市高速交通工具智能诊断与健康管理重点实验室
,
北京
100041
)
摘
要
:
锂离子电池由于具有工作电压高
、
质量轻
、
比能量高
、
寿命长和自放电率小等优点
,
成为替代传统镍氢
、
镍镉电池的第
3
代
航天器用储能电源
;
寿命预测是锂离子电池健康管理的重要方面
,
是掌握电源性能衰退趋势的重要手段
,
锂离子电池寿命预测问题已成
为电子系统健康管理领域的研究热点
;
针对锂离子电池的寿命预测问题
,
采用了
N
ASA
埃姆斯
中心的锂离子电池地面试验采集的数据
,
然后重点研究了
3
种基于数据驱动的方法
,
并对锂离子电池的寿命进行了估计
,
最后对各种预测方法的效果进行了评价
;
实验结果表明
,
文本提出的基于数据驱动的方法能够有效地用于锂离子电池寿命预测中
,
在工程应用方面具有较高的实际价值
。
关键词
:
锂离子电池
;
寿命预测
;
数据驱动
R
esearch
on
Data-driven
Life
Prediction
Methods
of
Satellite
Lithium-ion
Batter
y
A
i
Li
1
,
2
,
F
an
g
Hon
g
zhen
g
2
,
3
,
Y
u
Gon
gj
in
g
2
,
3
,
F
an
Huanzhen
2
,
3
(
1
.Second
Academ
y
,
China
Aeros
p
ace
Science
&Industr
y
Cor
p
oration
,
Bei
j
in
g
100854
,
China
;
2.Bei
j
in
g
Aeros
p
ace
Measure
& Control
Cor
p
.Ltd
,
Bei
j
in
g
100041
,
China
;
3.Bei
j
in
g
Ke
y
Laborator
y
of
Hi
g
h-s
p
eed
Trans
p
ort
Intelli
g
ent
Dia
g
nostic
and
Health
Mana
g
ement
,
Bei
j
in
g
100041
,
China
)
A
bstract
:
Lithium-ion
batter
y
has
man
y
advanta
g
es
,
such
as
hi
g
h
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g
volta
g
e
,
li
g
ht
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g
ht
,
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h
s
p
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gy
,
lon
g
life
and
small
self
-dischar
g
e
rate.It
’
s
a
alternative
to
traditional
Ni-Mh
batter
y
or
Ni-Ca
batter
y
and
which
becomes
the
third
g
eneration
p
ower
for
s
p
ace
ener
gy
stora
g
e.Life
p
rediction
is
an
im
p
ortant
as
p
ect
in
health
mana
g
ement
of
Lithium-ion
batter
y
,
it
is
also
an
im
p
ortant
mean
to
understand
the
p
ower
p
erformance
decline.The
reasearch
on
Life
p
rediction
method
of
Lithium-ion
batter
y
becomes
a
research
hots
p
ot
in
electronic
health
mana
g
ement
s
y
s
-
t
em.Aimin
g
at
the
life
p
rediction
methods
of
Lithium-ion
batter
y
,
we
ado
p
ted
the
ex
p
eriment
data
which
comes
from
the
g
round
test
sets
of
the
NASA
Ames
Center.Then
we
studied
three
kinds
of
data-driven
p
rediction
methods
,
and
estimated
the
life
of
Lithium-ion
batter
y
.At
last
,
we
an
-
a
l
y
sed
the
effects
of
various
p
rediction
methods.Ex
p
erimental
results
show
that
the
p
ro
p
osed
data-driven
p
rediction
method
can
be
effectivel
y
used
in
life
p
rediction
of
Lithium-ion
batter
y
,
and
it
has
stron
g
p
ractical
value
in
en
g
nneerin
g
a
pp
lication.
Ke
y
words
:
lithiumion
batter
y
;
life
p
rediction
;
data-driven
0
引
言
锂
离子电池由于具有工作电压高
、
体积小
、
质量轻
、
比能
量高
、
寿命长和自放电率小等优点
,
成为替代传统镍氢
、
镍镉
电池的第
3
代航天器用储能电源
[
1
]
。
锂离子电池的
寿命状态
(
state
of
life
,
SOL
)
是其可靠性研究的核心内容
。
锂 离 子 电
池的寿命具体分为以下
3
种
:
1
)
使用寿命
:
电池在失效前在反复多次的充放电过程中
累积可放电时间
。
2
)
循环寿命
:
电池在失效前可反复充放电的总次数
。
3
)
存储 寿 命
:
电池在失效前不同搁置状态下的可存储
时间
[
2
]
。
通
常情况下
,
剩余寿命预测指的是
“
循环寿命
”,
其定义
为在一定的充放电制度下
,
容量下降到规定值前电池所经受的
充放电循环次数
。
对于锂离子电池的许多应用而言
,
锂离子电
池在完全 充 电 状 态 下
,
实际容量下降至额定容量的
70%
~
80%
时视为失效
。
因此在 本文中
,
将以
NASA
埃姆 斯 中心 的
锂离子电池部分地面实验数据为基础
,
采用不同的预测算法
,
预测锂离子电池容量衰退到
70%
所进行的循环充放电周期
,
由此实现锂离子电池的寿命预测
。
1
寿
命预测的方法的分类
通
过针对国内外的研究现状进行分析
,
常见的寿命预测方
法大致可以分为
3
类
:
1
)
基于统计分布的预测方法
:
利用历史失效 数据
,
通过
拟合分布来进行预测
。
其中比较典型的方法是趋势外推法和自
回归移动平均及其改进方法
。
2
)
基于数据驱动的预测方法
:
利用模式识别和机器学习
,
检测参数的变化来进行预测
。
其中比较典型的方法是人工神经
网络
、
支持向量机
、
相关向量机和灰色理论等方法
[
3
-
4
]
。
3
)
基
于模型驱动的预测方法
:
利用系统物理模型和回归
数据模 型 来 进 行 预 测
。
其中比较典型的方法是等效电路模
型等
[
5
]
。
从
图
1
中可以看出
,
这
3
类方法预测的精度逐次提高
,
但
是相对的
,
计算复杂度也越来越大
,
适用范围越来越小
。
在实际应用中
,
将依据数据的样本量
,
预测精度的要求和
DOI:10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2015.04.023