A Physics-Informed Event-Triggered Learning Approach to Long-Term Spacecraft Li-Ion Battery State-of-Charge Estimation

航天器 期限(时间) 离子 航天器充电 电池(电) 荷电状态 电荷(物理) 物理 航空航天工程 事件(粒子物理) 计算机科学 电气工程 工程类 天文 量子力学 功率(物理)
作者
Kaixin Cui,Tianran Gao,Dawei Shi,Hanjing Fu,Zhigang Liu,Haijin Li
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (12): 14401-14410 被引量:22
标识
DOI:10.1109/tii.2024.3452212
摘要

In this work, an event-triggered learning problem for state-of-charge (SOC) estimation of long-term spacecraft li-ion batteries with system aging and disturbances is investigated based on a physics-informed long short-term memory (PI-LSTM) network. An equivalent circuit model and a pretrained Gaussian process regression model are integrated into a long short-term memory (LSTM) network, which is trained and updated quickly with limited transmission data. By considering noisy data and physical constraints simultaneously, the PI-LSTM approach provides interpretable dynamic models for the long-term battery SOC estimation. Then, an unscented Kalman filter is proposed to estimate the SOC performance. By using weighted average voltage prediction errors, an event-triggering condition is established to guarantee the estimation performance with a reduced signal transmission rate. The effectiveness of the proposed approach is validated through experiments on a real spacecraft Li-ion battery platform, which achieves the SOC estimation error of less than 2%, and the maximum voltage prediction error is reduced by 61% after updating the PI-LSTM model.
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