低空航空器动力电池管理研究现状及展望

杨世春, 杜志华, 柳沛喆, 许家铜, 陈飞(北京航空航天大学交通科学与工程学院)
摘要:发展低空航空器是推动低空经济发展和交通变革的核心环节。动力电池管理系统作为低空航空器能源系统的核心,直接决定了低空航空器的安全边界与商业化前景。在深入分析低空航空器动力电池系统严苛的性能要求、适航认证标准及运营约束的基础上,系统梳理了动力电池管理系统的物理架构演进,重点阐述了状态估计、故障诊断与健康管理等核心功能的技术现状。针对高倍率放电、极端温域运行和全生命周期安全等关键挑战,分析了人工智能、无线传输和云边协同等前沿技术在动力电池管理系统中的应用潜力与发展趋势,并探讨了其向高度智能化、集成化和主动安全防御方向的演进路径。旨在为低空航空器动力电池管理系统的技术创新和工程应用提供理论参考,支撑低空经济产业的可持续发展。
关键词:低空经济;电池管理系统;低空航空器;状态估计;故障诊断;主动安全

目录介绍

1 低空航空器动力电池系统技术特点

1.1 性能要求

1.2 适航标准与认证

1.3 运营需求

2 BMS系统架构与功能

2.1 BMS系统架构

2.1.1 集中式BMS

2.1.2 分布式BMS

2.1.3 模块化BMS

2.2 BMS 系统核心功能

2.2.1 状态估计

1)电池荷电状态

2)电池健康状态与剩余寿命

3)电池功率状态

4)电池温度状态

2.2.2 故障诊断与控制

1)故障诊断

2)故障预测与健康管理

3)电芯一致性管理与负载均衡控制

4)电池热管理系统

3 电池管理技术发展现状

3.1 基于滤波的状态估计方法

3.2 基于机器学习的状态估计方法

3.2.2 基于深度学习的电池状态估计

3.2.3 基于Transformer 架构的电池状态估计

3.2.4 基于混合机器学习架构的状态估计

3.3 电池故障管理

3.4 电化学阻抗谱技术

4 技术挑战与发展趋势

4.1 关键技术挑战

1)高倍率放电/充电与功率密度需求的挑战

2)极端温度与宽温域操作范围的挑战

3)轻量化和高能量密度带来的安全性与可靠性挑战

4)全生命周期安全性与健康管理的挑战

5)实时性与系统集成的挑战

4.2 发展趋势

5 低空航空器动力电池管理的发展建议

6 结束语

 

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