無(wú)人機(jī)鋰電池壽命測(cè)試及預(yù)測(cè)研究★

黃創(chuàng)綿，楊文生，周健

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370；2.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 511370）

0 引言

近年來(lái)，多旋翼無(wú)人機(jī)在民用市場(chǎng)上得到了迅速發(fā)展，并已被廣泛地應(yīng)用于影視拍攝、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)藥噴灑和電力檢測(cè)等領(lǐng)域中[1]。然而，無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)快速擴(kuò)大的同時(shí)也逐漸地暴露出一些安全問(wèn)題，其中，作為無(wú)人機(jī)飛行的動(dòng)力源，動(dòng)力電池異常就是導(dǎo)致無(wú)人機(jī)失控墜機(jī)的最大安全隱患。無(wú)人機(jī)鋰電池在循環(huán)使用的過(guò)程中，會(huì)因電極材料發(fā)生腐蝕、隔膜老化、高溫和使用不當(dāng)或外在環(huán)境不良而造成電池內(nèi)部輕微短路及活性降低，致使電池性能逐漸退化，嚴(yán)重地影響電池的壽命和安全性，間接導(dǎo)致無(wú)人機(jī)的性能下降或故障。

無(wú)人機(jī)用鋰電池的大規(guī)模應(yīng)用時(shí)間較短，國(guó)內(nèi)當(dāng)前針對(duì)無(wú)人機(jī)用鋰電池的壽命測(cè)試沒(méi)有成熟的標(biāo)準(zhǔn)，僅僅形成廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 44/T 1885—2016《無(wú)人機(jī)用鋰離子電池組技術(shù)要求》。該標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)無(wú)人機(jī)用鋰電池的性能提出具體的要求。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)電池的壽命測(cè)試方法的研究主要集中于電動(dòng)汽車(chē)用鋰電池。以美國(guó)為例，已經(jīng)形成的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試手冊(cè)有《USABC電池試驗(yàn)程序手冊(cè)》（1996）、 《PNGV電池測(cè)試手冊(cè)》 （2001）和《Freedom CAR壽命測(cè)試手冊(cè)》 （2005）等。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織也制訂了《電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池測(cè)試手冊(cè)》 （2009）[2]。中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心的王芳等[3]參照美國(guó)Freedom CAR壽命測(cè)試手冊(cè)中對(duì)動(dòng)力電池的測(cè)試方法，結(jié)合汽車(chē)的典型工況，以鎳動(dòng)力電池和錳酸鋰動(dòng)力電池為研究對(duì)象，用常規(guī)循環(huán)和工況循環(huán)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行了20 000～100 000次不等的循環(huán)壽命測(cè)試，發(fā)現(xiàn)車(chē)用鋰離子電池壽命符合1/2次方變化規(guī)律。該結(jié)果表明了應(yīng)用于汽車(chē)的鋰電池和鎳蓄電池的壽命的退化規(guī)律是不同的。但是工況循環(huán)時(shí)90 s的脈沖充放電循環(huán)與無(wú)人機(jī)工作時(shí)持續(xù)性大電流放電的工況并不相符，車(chē)用鋰電池的退化規(guī)律在無(wú)人機(jī)上不具備適用性。

電池壽命預(yù)測(cè)建立在電池測(cè)試方法和測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，壽命狀態(tài)主要通過(guò)內(nèi)阻或阻抗、容量或能量、充放電倍率和循環(huán)次數(shù)等參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，可以使用單一參數(shù)，也可以將多個(gè)參數(shù)綜合地進(jìn)行判斷。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的LI J等[4]通過(guò)在電池的循環(huán)充放電實(shí)驗(yàn)中測(cè)量電池的阻抗，認(rèn)為電池的阻抗與電池的循環(huán)壽命有一定的關(guān)系。北京航空航天大學(xué)的黎火林等[5]研究了18塊商用18650型鋰離子電池在循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)中的容量衰減情況。他們采用擬合、回歸等分析方法，發(fā)現(xiàn)電池的容量衰減和溫度、充放電電流之間符合冪函數(shù)關(guān)系；但是，其實(shí)驗(yàn)中放電倍率只有0.8 C，與無(wú)人機(jī)上鋰電池的工作電流相差較大，而且無(wú)人機(jī)一般不會(huì)運(yùn)行在40℃以上的工作環(huán)境，因此其測(cè)試條件和退化規(guī)律對(duì)無(wú)人機(jī)不具備通用性。美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的THOMAS E V等[6]通過(guò)電池壽命加速實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電池的容量衰減與電池的工作溫度和電池荷電狀態(tài)（SOC：State of charge）工作點(diǎn)有關(guān)系。他們根據(jù)電池壽命加速實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，給出了容量衰減的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ??；诿绹?guó)國(guó)家航空航天局的鋰電池退化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，北京航空航天大學(xué)的學(xué)者陳雄姿[7]、同濟(jì)大學(xué)余建波[8]教授分別采用邏輯回歸和粒子濾波下的狀態(tài)空間模型以及貝葉斯最小二乘支持向量回歸方法實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的剩余壽命預(yù)測(cè)。丁勁濤等[9]采用卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)航空鋰電池在額定放電倍率下的剩余壽命的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)誤差小于3%。四川大學(xué)的學(xué)者李芳[10]則通過(guò)室溫和恒定電流條件下的充放電數(shù)據(jù)建立了高斯混合電池退化模型，基于粒子濾波算法進(jìn)行模型參數(shù)識(shí)別，結(jié)果表明，與假設(shè)特定的狀態(tài)空間容量退化模型相比，該方法可以更好地預(yù)測(cè)電池剩余壽命。MANSOURI SS等[11]面向無(wú)人機(jī)用鋰電池的剩余壽命進(jìn)行研究，初步采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方式在線評(píng)估電池能支持無(wú)人機(jī)剩余的飛行時(shí)間，但對(duì)于電池的使用壽命問(wèn)題缺乏進(jìn)一步的研究。

上述文獻(xiàn)主要實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)電池的壽命測(cè)試及預(yù)測(cè)方法研究，但是面向無(wú)人機(jī)用鋰電池方面的壽命研究屬于空白。無(wú)人機(jī)用鋰電池放電電流可達(dá)25倍額定值，存在倍率高、持續(xù)性放電時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，而以往電池壽命研究，循環(huán)壽命測(cè)試方法存在放電電流小，工況循環(huán)測(cè)試存在大電流持續(xù)時(shí)間短等不足，電池壽命退化規(guī)律可能不再適用于無(wú)人機(jī)用鋰電池。因此，本文對(duì)無(wú)人機(jī)用鋰電池壽命測(cè)試及預(yù)測(cè)方法展開(kāi)研究。

1 無(wú)人機(jī)用鋰電池的失效分析

旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)用鋰電池提供能量來(lái)源。無(wú)人機(jī)需要克服自身的重力做功，因此，對(duì)于無(wú)人機(jī)用鋰電池的重量要求較高，而增大電池容量又會(huì)導(dǎo)致重量增加，因此，只有同樣容量下重量較輕的聚合物鋰離子電池能夠滿足需要。同時(shí)，無(wú)人機(jī)對(duì)于電池功率的要求很高，當(dāng)從懸停狀態(tài)迅速提高油門(mén)到最高速度時(shí)，電池功率會(huì)在短時(shí)間內(nèi)提高數(shù)倍。為了滿足無(wú)人機(jī)用鋰電池工作過(guò)程中的高倍率放電需求，在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)盡量地降低電池的內(nèi)阻，減少極化。有別于傳統(tǒng)鋰電池，無(wú)人機(jī)用鋰電池的正負(fù)極極片會(huì)更薄、更寬，隔膜會(huì)較薄，電解液導(dǎo)電性會(huì)更好。普通鋰電池一般采用卷繞工藝，生產(chǎn)效率高，電池內(nèi)阻較大，不適合大電流放電。而無(wú)人機(jī)用鋰電池通常會(huì)采用疊片工藝，但疊片工藝的生產(chǎn)效率和合格率會(huì)較低。

因此，在材料組成、生產(chǎn)制造和產(chǎn)品應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)人機(jī)用鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池都存在較大的差別。無(wú)人機(jī)用鋰電池材料的組成與傳統(tǒng)鋰電池不同，其性能特性會(huì)有較大的變化；無(wú)人機(jī)用鋰電池在制造過(guò)程中要求較高，生產(chǎn)效率和合格率會(huì)較低，電池性能和使用壽命無(wú)法保證完全滿足實(shí)際的應(yīng)用要求；使用過(guò)程中電池放電功率大，持續(xù)性的大電流放電不可避免地對(duì)電池材料造成損傷，進(jìn)而加速電池的壽命衰退。

1 基于工況的無(wú)人機(jī)鋰電池測(cè)試條件分析

首先，電池壽命測(cè)試條件一般限制在測(cè)試應(yīng)力的最大值和最小值之間[12]，超過(guò)電池可接受應(yīng)力的范圍后的電池退化模式與電池正常應(yīng)力條件相比已發(fā)生改變；其次，可接受范圍內(nèi)的應(yīng)力測(cè)試水平應(yīng)盡可能地選取與實(shí)際運(yùn)行環(huán)境相當(dāng)，并且越接近實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的壽命測(cè)試結(jié)果的估計(jì)精度也越高[13-14]。因此，在進(jìn)行電池壽命測(cè)試前，首先需要建立實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的等效壽命測(cè)試條件。旋翼無(wú)人機(jī)主要應(yīng)用于航拍、教育科研和警用宣傳等領(lǐng)域，這些應(yīng)用領(lǐng)域都有相似的特點(diǎn)，利用旋翼無(wú)人機(jī)能夠穩(wěn)定懸停的特點(diǎn)進(jìn)行拍照用途。因此，其運(yùn)行平穩(wěn)時(shí)大多數(shù)飛行時(shí)間都處于懸停狀態(tài)。

無(wú)人機(jī)樣機(jī)在一次起飛、懸停和返航過(guò)程中電池的輸出情況如圖1所示。采用4個(gè)電池單體串聯(lián)成的無(wú)人機(jī)用鋰電池組作為動(dòng)力來(lái)源，在室外26℃左右環(huán)境溫度中，無(wú)人機(jī)樣機(jī)運(yùn)行15 min。懸停過(guò)程中，電池輸出電流平均為15.02 A，最大峰值可達(dá)26 A。電壓穩(wěn)定在14.78 V，并無(wú)較大的變化。

圖1 無(wú)人機(jī)鋰電池輸出情況

在起飛、懸停和返航的整個(gè)過(guò)程中，由于需要克服自身重力，無(wú)人機(jī)需要時(shí)刻根據(jù)風(fēng)向來(lái)調(diào)整自己的姿態(tài)，電池的輸出功率變化較為劇烈，在起飛、懸停和返航3種無(wú)人機(jī)主要的運(yùn)行工況下電池功率輸出的差別并不大。在這個(gè)過(guò)程中，電池的最大輸出電流達(dá)到26 A。因此，為了滿足旋翼無(wú)人機(jī)的放電需求，壽命測(cè)試過(guò)程中的放電電流應(yīng)在26 A附近。

2 無(wú)人機(jī)鋰電池壽命測(cè)試方法和預(yù)測(cè)技術(shù)

2.1 循環(huán)壽命測(cè)試方法

電池的工作壽命即電池的工況循環(huán)壽命[15]，F(xiàn)reedom CAR的定義是電池在參考溫度30℃下、在壽命終止之前以某種方式循環(huán)的次數(shù)。由圖2的電池輸出情況可知，在無(wú)人機(jī)起飛、懸停和下降等工況中，電池的功率輸出并無(wú)較大的差別。民用旋翼無(wú)人機(jī)正常使用時(shí)一般在室溫條件下進(jìn)行，長(zhǎng)時(shí)間懸停，不用時(shí)則閑置。在僅考慮旋翼無(wú)人機(jī)正常使用情況下，電池的壽命測(cè)試中需要模擬的情況有無(wú)人機(jī)懸停、無(wú)人機(jī)閑置。懸停時(shí)，可認(rèn)為電池以一定的倍率放電至截止電壓，閑置的狀態(tài)時(shí)可采用擱置一段時(shí)間來(lái)模擬。因此，基于電池的實(shí)際運(yùn)行情況的分析，可采用如下循環(huán)性能考核制度：在25℃室溫情況下，以恒流恒壓方式以一定的充電倍率充電到實(shí)際容量的100%，以一定的放電倍率放電到截止電壓，擱置時(shí)間40 min；每循環(huán)30次后，采用恒流充放電方法檢測(cè)電池1 C容量，進(jìn)行一次實(shí)際的容量測(cè)試。

2.2 基于粒子濾波的壽命預(yù)測(cè)方法

電池的經(jīng)驗(yàn)退化模型一般包含放電電流強(qiáng)度、溫度和循環(huán)次數(shù)。根據(jù)前文的分析，無(wú)人機(jī)的工作環(huán)境溫度和工作電流可視為不變。因此，無(wú)人機(jī)電池的經(jīng)驗(yàn)退化模型可采用某一變量來(lái)衡量電池壽命。為了減少對(duì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪^(guò)度依賴(lài)，可采用粒子濾波算法跟蹤鋰離子電池這類(lèi)非高斯非線性系統(tǒng)的容量衰退過(guò)程。

假設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)先驗(yàn)概率為p（x0），采用描述k時(shí)刻目標(biāo)狀態(tài)xk的后驗(yàn)概率分布是對(duì)應(yīng)權(quán)值為下的粒子集，x0∶k={xj，j=0，…，k}是0～k時(shí)刻的狀態(tài)集。k時(shí)刻系統(tǒng)的目標(biāo)狀態(tài)的后驗(yàn)概率分布加權(quán)為：

將重要密度函數(shù)分解為：

因此， 可通過(guò)q（xk|x0∶k-1，z1∶k） 得到的粒子和由q （x0：k-1|z1：k-1）得到的粒子集得到新的粒子集

后驗(yàn)概率密度函數(shù)可表示為：

因此，由公式（2）-（4）這3個(gè)公式可得重要性權(quán)值更新公式為：

如果q （xk|x0∶k-1， z1∶k） =q （xk|xk-1， zk）， 此時(shí)重要密度函數(shù)僅僅依賴(lài)于xk-1和zk，權(quán)值可修正為：

選擇易以實(shí)現(xiàn)的先驗(yàn)概率密度作為重要密度函數(shù)，即：

代入公式（7）可得：

將權(quán)值歸一化，即：

則后驗(yàn)概率密度為：

當(dāng)Ns→∞時(shí)，由大數(shù)定理即可保證公式（10）逼近真實(shí)的后驗(yàn)概率p（xk|z1∶k）。

因此，基于粒子濾波算法的壽命預(yù)測(cè)步驟如下所述。

a）初始化

由先驗(yàn)概率p（x0）產(chǎn)生粒子群所有的粒子權(quán)值為

b）更新

在k時(shí)刻，更新粒子權(quán)值

并且歸一化處理，得：

則可得k時(shí)刻未知參數(shù)x的最小均方估計(jì)為：

c）重采樣

d）預(yù)測(cè)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 鋰電池壽命測(cè)試試驗(yàn)

為了驗(yàn)證上述方法的有效性，本文針對(duì)某國(guó)產(chǎn)無(wú)人機(jī)用鋰電池在常溫25℃下進(jìn)行了壽命循環(huán)測(cè)試試驗(yàn)。測(cè)試對(duì)象的參數(shù)如表1所示。

表1 無(wú)人機(jī)用鋰單體電池技術(shù)參數(shù)

該型電池容量為4 000 mAh，因此本文選取6 C放電倍率作為壽命測(cè)試過(guò)程中的放電倍率。6 C放電到截止電壓，擱置40 min。每循環(huán)30次后，采用恒流充放電方法檢測(cè)電池1 C容量，進(jìn)行一次實(shí)際的容量測(cè)試。

鋰離子電池測(cè)試系統(tǒng)如圖2所示，該系統(tǒng)包括一臺(tái)BT-ML60V50A8CH型電池測(cè)試系統(tǒng)和一臺(tái)用于人機(jī)交互和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)，電壓、電流的控制精度為±0.05%，電壓范圍為2～60 V，電流范圍為1～50 A。

圖2 電池試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

兩組無(wú)人機(jī)用鋰電池單體循環(huán)循環(huán)壽命測(cè)試下的退化曲線如圖3所示。其中，1號(hào)電池在第856次循環(huán)時(shí)容量退化至60%，前811次循環(huán)只退化了12%，容量退化較為緩慢，而從第811～856次之間僅僅45次循環(huán)，容量便退化了28%；2號(hào)電池在第906次循環(huán)時(shí)容量退化至60%，前849次循環(huán)只退化了12%，容量退化較為緩慢，而從第849～906次之間僅僅57次循環(huán)，容量便退化了28%。因此，88%可考慮作為無(wú)人機(jī)用鋰電池的退化預(yù)警值，當(dāng)電池容量退化至該值時(shí)，意味著容量將會(huì)隨著使用迅速地降低。

圖3 無(wú)人機(jī)用鋰單體電池壽命退化曲線

借助MATLAB曲線擬合工具箱對(duì)電池1#試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到容量保持率與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線如圖4所示。

由圖4可知，無(wú)人機(jī)用鋰電池在循環(huán)過(guò)程中，容量獨(dú)立于循環(huán)條件隨循環(huán)周次的變化遵循雙指數(shù)衰減變化規(guī)律，擬合過(guò)程中，R2＞0.97，擬合度良好。

圖4 電池退化擬合曲線

3.2 鋰電池壽命預(yù)測(cè)分析

基于圖3所示的電池壽命退化實(shí)際擬合結(jié)果，建立電池退化模型：

式（14）中：Q——電池容量；

k——循環(huán)次數(shù)。

令狀態(tài)為：

則狀態(tài)方程為：

觀測(cè)方程為：

其中，測(cè)量噪聲為均值為0、方差為σa的高斯白噪聲，即ν（k）～N（0，σν）

根據(jù)預(yù)測(cè)起始點(diǎn)T，以及3.1節(jié)求得的2#電池的初始參數(shù)對(duì)已知不同歷史數(shù)據(jù)值T時(shí)2#電池的容量衰退曲線，利用粒子濾波算法進(jìn)行狀態(tài)更新。對(duì)壽命預(yù)測(cè)過(guò)程中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定：初始參數(shù)值設(shè)置為1#電池的擬合結(jié)果，a=-5.203e-15，b=0.037 77，c=0.996 1，d=-6.913e-5；根據(jù)前述退化情況，電池循環(huán)使用壽命的終結(jié)點(diǎn)為0.88；預(yù)測(cè)起始點(diǎn)T；取粒子的數(shù)目N=1 000，重采樣閾值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置為Nth=2×1 000/3；通過(guò)容量數(shù)據(jù)由統(tǒng)計(jì)的方法得到過(guò)程噪聲w、測(cè)量噪聲v，以及對(duì)應(yīng)的協(xié)方差Q、R；由x0的概率密度分布函數(shù)p（x0|C0）隨機(jī)產(chǎn)生粒子x0，且初始粒子的權(quán)值為W0i=1/N，N=1 000。通過(guò)粒子濾波算法對(duì)預(yù)測(cè)起始點(diǎn)T前的模型參數(shù)進(jìn)行估計(jì)更新，不斷地調(diào)整雙指數(shù)容量衰退經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷奈粗獏?shù)。

基于粒子濾波算法對(duì)預(yù)測(cè)起始點(diǎn)T=300和T=500后的2#電池容量衰退曲線分別進(jìn)行剩余使用壽命預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果如圖5所示。

圖5 壽命預(yù)測(cè)結(jié)果

為了評(píng)價(jià)算法的剩余使用壽命預(yù)測(cè)精度，定義預(yù)測(cè)的絕對(duì)誤差公式為：

式（18）中，tcycle——預(yù)測(cè)起始點(diǎn)后電池的實(shí)際壽命；

pcycle——預(yù)測(cè)壽命。

根據(jù)圖5中電池壽命的預(yù)測(cè)結(jié)果，電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)誤差如表2所示。

表2 不同起始點(diǎn)2#電池的剩余壽命預(yù)測(cè)結(jié)果

從表2中可以看出，電池的實(shí)際壽命c(diǎn)ycle為844個(gè)循環(huán)，當(dāng)T=300時(shí)，預(yù)測(cè)失效循環(huán)次數(shù)cycle為790個(gè)循環(huán)，預(yù)測(cè)誤差cycle為54個(gè)循環(huán)，相對(duì)誤差為6.40%；當(dāng)T=500時(shí)，預(yù)測(cè)失效循環(huán)次數(shù)cycle為803個(gè)循環(huán)，預(yù)測(cè)誤差cycle為41個(gè)循環(huán)，相對(duì)誤差為4.86%。因此，預(yù)測(cè)誤差在5%左右。相較于T=300，在T=500時(shí)，可作為訓(xùn)練樣本的電池容量衰退數(shù)據(jù)更多，粒子濾波算法能更精確地追蹤衰退的趨勢(shì)并建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停Ｓ嗍褂脡勖念A(yù)測(cè)精度也會(huì)相對(duì)有所提高，可見(jiàn)，在不同的預(yù)測(cè)起始點(diǎn)對(duì)電池剩余使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)誤差會(huì)隨著已知容量數(shù)據(jù)的增加而逐漸地減小。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)以往鋰電池壽命研究，循環(huán)放電電流小，高倍率放電持續(xù)時(shí)間短，不符合無(wú)人機(jī)平臺(tái)實(shí)際運(yùn)行情況的問(wèn)題，本文以無(wú)人機(jī)用鋰電池（標(biāo)稱(chēng)容量為4 000 mAh，最大放電25 C）為具體對(duì)象研究其壽命測(cè)試及預(yù)測(cè)方法。首先，本文開(kāi)發(fā)了無(wú)人機(jī)監(jiān)控樣機(jī)，并進(jìn)行了懸停試飛試驗(yàn)來(lái)獲取無(wú)人機(jī)運(yùn)行時(shí)電池的輸出情況，發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)懸停運(yùn)行過(guò)程中鋰電池具有持續(xù)、穩(wěn)定的大電流放電的特點(diǎn)。其次，根據(jù)試飛情況和無(wú)人機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)制定了循環(huán)老化方案，并開(kāi)展無(wú)人機(jī)用鋰電池的壽命循環(huán)試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與以往鋰電池緩慢退化情況不同，當(dāng)無(wú)人機(jī)用鋰電池容量退化至88%額定容量時(shí)，容量將會(huì)隨著循環(huán)次數(shù)斷崖式地下降。具體原因尚需進(jìn)一步研究。然后，通過(guò)曲線擬合，發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)用鋰電池的容量衰減與循環(huán)壽命之間成非線性關(guān)系，雙指數(shù)函數(shù)模型可擬合退化過(guò)程。最后，基于雙指數(shù)退化模型，發(fā)現(xiàn)粒子濾波算法可實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)用鋰電池剩余壽命的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)誤差在5%左右。

本文下一步的研究，將考慮開(kāi)展其他無(wú)人機(jī)電池和多組工況的電池的壽命加速試驗(yàn)，并結(jié)合電池的失效機(jī)理，進(jìn)一步地對(duì)壽命模型進(jìn)行驗(yàn)證和修正。