基于多特征融合的航天器锂电池健康评估技术

杨同智，党建成，钟靓，刘洋，刘廷玉

上海卫星工程研究所，上海 201109

1 引言

为了减轻航天器平台质量、提升载质比，航天器蓄电池选型逐步由传统的镉镍蓄电池、氢镍蓄电池替换为能量密度更优的锂离子蓄电池[1]。锂离子蓄电池随着工作时间的增加，活性离子浓度会降低，电极活化材料会损失，导致电解液杂质增多，电荷传递阻抗增大和电极的脱嵌能力下降，从而造成锂离子蓄电池性能衰退[2]。蓄电池是航天器健康运行的重要部件，蓄电池失效将严重影响航天器的性能及寿命。1999年美国太空试验AFRL由于电池内阻异常导致试验的失败[3]，2013年波音787梦幻客机由于锂离子蓄电池出现故障，发生起火并导致客机被停飞[4]。因而有效评估蓄电池退化程度，对于航天器在轨健康运行具有重要意义。对于不可维修航天器可以采取任务调整、控制优化等方式延长蓄电池寿命；对于支持在轨维修的载人航天器，通过健康评估指导视情维修[5]，如2019年3月美国宇航员即根据评估结果，更换了国家空间站的外挂蓄电池，延长空间站使用寿命。

在航天器设计阶段，常通过可靠性失效模型进行寿命预测与可靠性评估[6]。文献[7]提出了基于DS证据与Bayes理论的动量轮寿命预测方法，利用部分先验信息来优化动量轮的可靠性失效模型。航天器锂离子蓄电池的地面可靠性试验按照定额充放电进行，获取定额充放电循环次数与容量衰退的关系，构建基于循环次数的失效函数与寿命模型，从而进行容量衰退估计与寿命预测[8]。……