شبیه سازی وضعیت شارژ باتری های لیتیوم یون در ماهواره های کیوبست با استفاده از فیلتر کالمن

در عصر حاضر، ماهواره های کیوب CubeSats پلتفرمی حیاتی برای طیف وسیعی از ماموریت های فضایی از تحقیقات علمی گرفته تا کاربردهای تجاری و دفاعی، تبدیل شده اند. سیستم توان الکتریکی EPS به عنوان ستون فقرات هر ماهواره تضمین عملکرد صحیح تمامی زیرسامانه ها است و باتری ها نقشی کلیدی در مدیریت و ذخیره سازی انرژی به ویژه در زمان های نبود تابش خورشیدی ایفا می کنند. تخمین دقیق وضعیت شارژ باتری های لیتیوم-یون که در کیوبست ها به دلیل چگالی انرژی بالا و طول عمر نسبتا خوب رایج هستند برای اطمینان از بقا و موفقیت ماموریت بسیار حائز اهمیت است. روش های سنتی تخمین SOC با محدودیت هایی از جمله حساسیت به نویز، تغییرات دما و پیری باتری مواجه هستند. این مقاله با معرفی رویکرد دوقلوی دیجیتال Digital Twin در ترکیب با فیلتر کالمن توسعه یافته EKF به چالش تخمین SOC در کیوبست ها می پردازد. دوقلوی دیجیتال نمایشی مجازی و پویا از وضعیت و رفتار باتری است که با داده های واقعی از ماهواره تغذیه می شود و امکان پیش بینی و تحلیل دقیق تر را فراهم می آورد. EKF نیز به عنوان یک ناظر پیشرفته با مدلسازی دینامیک باتری و ترکیب آن با مشاهدات اندازه گیری شده، تخمین SOC را با دقت و استحکام بالاتری انجام می دهد. ما در این مقاله ضمن مرور جامع بر تاریخچه کیوبست ها، اهمیت EPS و باتری ها، چالش های انرژی در مدار پایین زمین LEO، محدودیت روش های متداول به تشریح عمیق مفاهیم دوقلوی دیجیتال، مدلسازی باتری لیتیوم-یون و فیلتر کالمن توسعه یافته می پردازیم. همچنین ساختار و کاربردهای متنوع کیوبست ها مورد بررسی قرار گرفته و ادغام این رویکرد با داده های شبیه سازی شده کاربر جهت ارزیابی عملکرد معرفی می شود. نوآوری اصلی این تحقیق در تلفیق یک مدل دوقلوی دیجیتال مبتنی بر EKF با جزئیات و معادلات موجود در مقاله، کاربر به منظور ارتقاء قابل توجه و قابلیت اطمینان تخمین SOC در ماموریت های کیوبست ارائه می گردد.

کلیدواژه ها:

کیوبست ، وضعیت شارژ SOC ، باتری لیتیوم-یون ، دوقلوی دیجیتال ، فیلتر کالمن توسعه یافته ، سیستم توان الکتریکی EPS ، مدار پایین زمین LEO