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Flexible bidirectional pulse charging regulation achieving long-life lithium-ion batteries

Journal of Energy Chemistry 2024年第9期96卷 59-71页

作者： Xiaodong Xu shengjin tang Xuebing Han Languang Lu Yudi Qin Jiuyu Du Yu Wu Yalun Li Chuanqiang Yu Xiaoyan Sun Xuning Feng Minggao Ouyang Rocket Force University of Engineering Xi’an 710025ShaanxiChina State Key Laboratory of Intelligent Green Vehicle and Mobility School of Vehicle and MobilityTsinghua UniversityBeijing 100084China School of Materials Science and Engineering Beijing Institute of TechnologyBeijing 100081China

Typical application scenarios,such as vehicle to grid(V2G)and frequency regulation,have imposed significant long-life demands on lithium-ion ***,we propose an advanced battery life-extension method employing bidirectional pulse charging(BPC)*** traditional constant current charging methods,BPC strategy not only achieves comparable charging speeds but also facilitates V2G frequency regulation *** significantly enhances battery cycle ampere-hour throughput and demonstrates remarkable life extension *** this interesting conclusion,adopting model identification and postmortem characterization to reveal the life regulation mechanism of BPC:it mitigates battery capacity loss attributed to loss of lithium-ion inventory(LLI)in graphite anodes by intermittently regulating the overall battery voltage and anode potential using a negative charging ***,from the perspective of internal side reaction,the life extension mechanism is further revealed as inhibition of solid electrolyte interphase(SEI)and lithium dendrite growth by regulating voltage with a bidirectional pulse current,and a semi-empirical life degradation model combining SEI and lithium dendrite growth is developed for BPC scenarios health management,the model parameters are identified by genetic algorithm with the life simulation exhibiting an accuracy exceeding 99%.This finding indicates that under typical rate conditions,adaptable BPC strategies can extend the service life of LFP battery by approximately 123%.Consequently,the developed advanced BPC strategy offers innovative perspectives and insights for the development of long-life battery applications in the future.

关键词： Lithium-ion battery Long-life regulation Bidirectional pulse charging Mechanism identification

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基于隐含非线性维纳退化过程的剩余寿命预测

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北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 328-340页

作者：杨家鑫唐圣金李良孙晓艳祁帅司小胜火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 火箭军工程大学作战保障学院西安710025 火箭军装备部驻郑州军代表室郑州450000

准确的剩余寿命预测有助于提高系统的可靠性安全性,并降低系统全生命周期的经济成本。工程应用中,由于不确定测量的影响,随机退化系统的非线性退化特征一般处于隐含状态。针对现有隐含尺度变换非线性维纳退化过程主要应用于退化建模和... 详细信息

准确的剩余寿命预测有助于提高系统的可靠性安全性,并降低系统全生命周期的经济成本。工程应用中,由于不确定测量的影响,随机退化系统的非线性退化特征一般处于隐含状态。针对现有隐含尺度变换非线性维纳退化过程主要应用于退化建模和寿命分布估计的问题,提出一种针对隐含尺度变换非线性维纳退化过程的剩余寿命预测方法。建立同时考虑测量误差和尺度变换非线性维纳过程的退化模型,并通过Kalman滤波方法根据设备现场退化数据进行参数在线更新。推导出考虑模型参数在线更新的剩余寿命概率密度函数和累积分布函数解析表达式。基于历史退化数据,提出一种针对隐含尺度变换非线性维纳退化过程模型未知参数的极大似然无偏估计方法。通过仿真退化数据和实际涡扇发动机数据进行实验验证。实验结果表明:同时考虑测量不确定性和非线性退化特征的剩余寿命预测方法具有更高的预测精度。

关键词：剩余寿命非线性尺度变换不确定测量维纳过程 Kalman滤波

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Remaining useful life prediction based on nonlinear random coefficient regression model with fusing failure time data

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Journal of Systems Engineering and Electronics 2023年第1期34卷 247-258页

作者： WANG Fengfei tang shengjin SUN Xiaoyan LI Liang YU Chuanqiang SI Xiaosheng Department of Mechanical Engineering Rocket Force University of EngineeringXi’an 710025China

Remaining useful life(RUL) prediction is one of the most crucial elements in prognostics and health management(PHM). Aiming at the imperfect prior information, this paper proposes an RUL prediction method based on a nonlinear random coefficient regression(RCR) model with fusing failure time ***, some interesting natures of parameters estimation based on the nonlinear RCR model are given. Based on these natures,the failure time data can be fused as the prior information reasonably. Specifically, the fixed parameters are calculated by the field degradation data of the evaluated equipment and the prior information of random coefficient is estimated with fusing the failure time data of congeneric equipment. Then, the prior information of the random coefficient is updated online under the Bayesian framework, the probability density function(PDF) of the RUL with considering the limitation of the failure threshold is performed. Finally, two case studies are used for experimental verification. Compared with the traditional Bayesian method, the proposed method can effectively reduce the influence of imperfect prior information and improve the accuracy of RUL prediction.

关键词： remaining useful life(RUL)prediction imperfect prior information failure time data nonlinear random coefficient regression(RCR)model

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Remaining useful life prediction of aero-engines based on random-coefficient regression model considering random failure threshold

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Journal of Systems Engineering and Electronics 2023年第2期34卷 530-542页

作者： WANG Fengfei tang shengjin LI Liang SUN Xiaoyan YU Chuanqiang SI Xiaosheng College of Missile Engineering Rocket Force University of EngineeringXi’an 710025China

Remaining useful life(RUL)prediction is one of the most crucial components in prognostics and health management(PHM)of *** paper proposes an RUL prediction method of aero-engines considering the randomness of failure ***,a random-coefficient regression(RCR)model is used to model the degradation process of ***,the RUL distribution based on fixed failure threshold is *** prior parameters of the degradation model are calculated by a two-step maximum likelihood estimation(MLE)method and the random coefficient is updated in real time under the Bayesian *** failure threshold in this paper is defined by the actual degradation process of *** that,a expectation maximization(EM)algorithm is proposed to estimate the underlying failure threshold of *** addition,the conditional probability is used to satisfy the limitation of failure ***,based on above results,an analytical expression of RUL distribution of aero-engines based on the RCR model considering random failure threshold(RFT)is derived in a ***,a case study of turbofan engine is used to demonstrate the effectiveness and superiority of the RUL prediction method and the parameters estimation method of failure threshold proposed.

关键词： aero-engine remaining useful life(RUL) random failure threshold(RFT) random-coefficient regression(RCR) parameters estimation

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基于目标HSV（色调-饱和度-亮度）空间图像自适应分割的直线检测算法

火箭军工程大学学报

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火箭军工程大学学报 2024年第5期38卷 59-68页

作者：尉金强杜文正孙晓艳聂婷唐圣金火箭军工程大学

针对现阶段利用数字图像进行半挂车倒车辅助过程中，存在辅助地标线检测效果鲁棒性差和实时性不高等问题，提出了一种基于目标色调-饱和度-亮度（Hue-SaturationValue,HSV）空间图像自适应分割的直线检测算法。首先，对不同场景下的直... 详细信息

针对现阶段利用数字图像进行半挂车倒车辅助过程中，存在辅助地标线检测效果鲁棒性差和实时性不高等问题，提出了一种基于目标色调-饱和度-亮度（Hue-SaturationValue,HSV）空间图像自适应分割的直线检测算法。首先，对不同场景下的直线目标进行分割提取，通过统计不同场景下目标HSV空间图像直方图确定图像分割的初始阈值，并基于初始阈值提出一种基于目标HSV空间的图像自适应分割算法。然后，对图像进行预处理及边缘检测，提取目标边缘点。最后，采用基于中位数绝对偏差的最小二乘直线检测方法剔除边缘点中的离群值以提高地标直线目标的检测精度。实验结果表明：该算法能够在不同背景、不同光照条件下对目标进行准确检测，具有良好的鲁棒性；与Hough变换算法相比，该算法的运算速度更快，直线检测的准确率更高，并且对不同颜色地标线的检测也具有良好的适用性。

关键词：数字图像处理目标自适应分割 HSV颜色空间最小二乘法中位数绝对偏差

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星点亚像元定位中系统误差的改进补偿方法

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红外与激光工程 2013年第6期42卷 1502-1507页

作者：唐圣金郭晓松周召发蒲鹏程第二炮兵工程大学202教研室陕西西安710025

为提高星点图像的质心提取精度,针对星点亚像元定位的系统误差和随机误差提出了一种改进补偿方法。采用三次样条插值函数表示质心位置与系统误差之间的关系,利用该函数进行系统误差补偿,极大地减小了误差采样点的数量和计算量。为了进... 详细信息

为提高星点图像的质心提取精度,针对星点亚像元定位的系统误差和随机误差提出了一种改进补偿方法。采用三次样条插值函数表示质心位置与系统误差之间的关系,利用该函数进行系统误差补偿,极大地减小了误差采样点的数量和计算量。为了进一步抑制随机误差的影响,在系统误差补偿的基础上,采用非线性加权算法计算星点质心位置,并通过仿真实验确定了该算法的最优加权系数。在没有加入噪声的情况下,改进算法可以将质心法的精度从1/50 pixel提高到10-4pixel;加入服从N(0,22)分布的高斯白噪声后,改进算法可以达到0.0054pixel的精度,远小于质心法的0.0184pixel。实验结果表明:文中提出的改进补偿算法计算简单,精度高于质心法,满足了高精度星敏感器质心提取的要求。

关键词：星敏感器质心法亚像元三次样条插值非线性加权

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转盘轴承集聚效应分析及其对回转性能的影响

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北京航空航天大学学报 2021年第12期47卷 2611-2622页

作者：邓飙陈渐伟郭杨唐圣金陈威火箭军工程大学西安710025

针对航天发射台转盘轴承工作时出现滚动体集聚导致摩擦力矩增大的问题,研究转盘轴承中滚动体之间间隙变化对集聚效应的影响。通过对典型工位处进行有限元分析,对比不同接触类型转盘轴承的滚道变形和滚动体接触作用力的分布规律。在确定... 详细信息

针对航天发射台转盘轴承工作时出现滚动体集聚导致摩擦力矩增大的问题,研究转盘轴承中滚动体之间间隙变化对集聚效应的影响。通过对典型工位处进行有限元分析,对比不同接触类型转盘轴承的滚道变形和滚动体接触作用力的分布规律。在确定滚动体与隔离块的几何关系后,进一步分析了滚道变形和滚动体接触作用力的时变性对滚动体间隙变化的影响,并将间隙变化和集聚效应建立了联系。有限元计算得到的发射台框架变形与实验测量数据一致,验证了有限元计算的可靠性。仿真结果显示,由于下滚道发生轴向变形,滚动体在运动过程中不断交替进行"爬坡"和"下坡";滚道径向变形导致滚动体之间增大了较多的间隙;各滚动体的驱动摩擦力不断变化,运动状态具有时变性,当转盘轴承中间隙增加时,运动状态不断变化的滚动体导致增加的间隙出现累积,引起滚动体集聚。为消除滚动体集聚效应,探索其对摩擦力矩的影响,进行了对比实验。结果表明:集聚效应导致发射台的摩擦力矩增加,且变化剧烈。

关键词：转盘轴承集聚效应滚道变形间隙摩擦力矩

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基于维纳过程的卫星用光纤陀螺剩余寿命预测

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红外与激光工程 2013年第12期42卷 3347-3352页

作者：唐圣金郭晓松司小胜王振业第二炮兵工程大学202教研室陕西西安710025 第二炮兵工程大学302教研室陕西西安710025

卫星用光纤陀螺的剩余寿命预测是卫星健康状态管理中的一个关键问题。针对传统的退化过程建模不能考虑同批设备中个体差异的问题,提出采用一种基于维纳过程的随机变量模型对光纤陀螺在空间环境下的退化特性进行建模。该模型将维纳过程... 详细信息

卫星用光纤陀螺的剩余寿命预测是卫星健康状态管理中的一个关键问题。针对传统的退化过程建模不能考虑同批设备中个体差异的问题,提出采用一种基于维纳过程的随机变量模型对光纤陀螺在空间环境下的退化特性进行建模。该模型将维纳过程中的漂移系数看成随机变量以描述个体差异,传统的维纳过程是其特例。依据该模型,可以得到光纤陀螺的可靠性指标和剩余寿命信息。仿真试验表明,文中提出的退化建模方法的精度明显高于传统方法,具有一定的工程应用价值。

关键词：光纤陀螺退化维纳过程剩余寿命

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基于多源信息的隐含非线性维纳退化过程剩余寿命预测

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航空学报 2023年第12期44卷 170-187页

准确的剩余寿命预测对提高系统的可靠性安全性具有重要意义。在工程应用中,经常会遇到先验退化信息不完美或缺失的情况,且线性退化模型往往难以跟踪非线性退化特征。为解决这一问题,针对带测量误差的非线性退化系统,基于隐含非线性维纳... 详细信息

准确的剩余寿命预测对提高系统的可靠性安全性具有重要意义。在工程应用中,经常会遇到先验退化信息不完美或缺失的情况,且线性退化模型往往难以跟踪非线性退化特征。为解决这一问题,针对带测量误差的非线性退化系统,基于隐含非线性维纳退化过程模型,提出了一种合理融合失效寿命数据和多源信息的剩余寿命预测方法。首先,通过理论推导,得到了隐含非线性维纳退化过程的参数估计性质与退化数据之间的关系,为合理融合多源信息提供了理论依据。其次,根据参数估计的性质,分别使用现场退化数据和历史退化数据估计2种预测情况下的模型固定参数,并使用期望最大化算法将失效寿命数据信息融入退化模型中。再次,根据现场退化数据,使用Kalman滤波算法在线更新漂移参数。最后,通过仿真实验进一步验证了参数估计的性质,并通过2个实例验证了所提方法的优越性。

关键词：剩余寿命预测测量误差隐含非线性维纳过程多源信息 Kalman滤波

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考虑随机效应的多源信息融合剩余寿命预测

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北京航空航天大学学报 2023年第11期49卷 3075-3085页

作者：王凤飞唐圣金孙晓艳祁帅于传强司小胜火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 火箭军工程大学作战保障学院西安710025 火箭军装备部驻郑州军代表室郑州450000

为了合理利用同类设备的先验信息,提高参数估计和剩余使用寿命(RUL)预测精度,提出一种基于多源信息融合并考虑随机效应的RUL预测方法。利用考虑随机效应的线性Wiener过程对设备的退化过程进行建模;利用期望最大化(EM)算法,融合先验退化... 详细信息

为了合理利用同类设备的先验信息,提高参数估计和剩余使用寿命(RUL)预测精度,提出一种基于多源信息融合并考虑随机效应的RUL预测方法。利用考虑随机效应的线性Wiener过程对设备的退化过程进行建模;利用期望最大化(EM)算法,融合先验退化信息和先验失效寿命数据信息,计算模型中的未知参数;根据Wiener过程参数估计的性质,提出一种基于多源信息融合并考虑随机效应的非线性Wiener过程参数估计方法;利用激光器数据和疲劳裂纹数据进行实验验证。实验结果表明:与基于历史退化数据或失效寿命数据的方法相比,所提方法能有效提高参数估计和RUL预测的精度。

关键词：多源信息融合随机效应 Wiener过程剩余使用寿命非线性

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