Partition-based Unscented Kalman Filter for Reconfigurable Battery Pack State Estimation using an Electrochemical Model
School of Engineering of the Université Libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学工程学院）
本文提出基于电化学模型的可重构电池组状态估计方法，利用无迹卡尔曼滤波器实现分布式状态估计，通过局部滤波器与邻近节点信息融合，提升计算效率并降低均方误差。
2017-09-22 cs.SY eess.SY
Dynamic Power Management in Modular Reconfigurable Battery Systems with Energy and Power Modules
提出一种带耦合电感的交流电池模块化可重构拓扑，动态管理能量与功率模块间的能量分配，并采用前馈-反馈控制策略解决并联电池循环电流问题，确保系统在正常及重载下稳定高效运行。
2024-12-23 cs.SY eess.SY
A Reconfigurable Solar Photovoltaic Grid-Tied Inverter Architecture for Enhanced Energy Access in Backup Power Applications
提出了一种光伏可重构并网逆变器方案。与在停电期间停止操作的传统GTI不同，RGTI被设计为在并网模式下充当常规GTI，但它被重新配置为在电网停电期间继续操作的DC-DC充电控制器。在此期间，RGTI连接到基于外部UPS的备用电力系统的电池组，以增加太阳能。在不采用与UPS的通信的情况下在离网模式下的这种操作是具有挑战性的，因为RGTI的控制必须不与UPS的电池管理系统冲突。本文讨论了这一要求的硬件和控制设计方面。提出了一种用于RGTI的电池仿真控制方案，该方案有助于RGTI与物理UPS电池并联的无缝运行，以减小其放电电流。提出了一种用于整体操作和功率管理的系统级控制方案，以处理白天太阳辐射和UPS负载的动态变化，从而使电池放电负担最小化。建议的RGTI系统的设计和操作独立于外部UPS，并且可以与任何制造商提供的UPS集成。在一个4~kVA的硬件装置上的实验结果验证了所提出的RGTI概念，其操作和控制。
2019-07-06 cs.SY eess.SY
Degradation-Reducing Control for Dynamically Reconfigurable Batteries
级联电路，如模块化多电平转换器（MMC）提供了有吸引力的质量在可重构电池的应用。与传统的硬接线直流电池组相比，MMC拓扑结构用交流电流加载模块，这可能导致电池的额外老化。最近的研究表明，这种电池老化发生在低频负载纹波，并在高频几乎消失。MMC电池控制的最新技术集中在各个模块的充电状态和温度平衡上。以前抑制纹波的方法依赖于缓慢的反馈回路和低动态，这往往会在模块负载中形成低频模式，从而对其老化产生负面影响。本文提出了一种新的模块电流导向的高带宽控制技术，最大限度地减少在模块负载谱中的低频分量。该控制方法尊重与模块数据采集相关的限制，并使用观测技术增强反馈带宽。我们验证了所提出的方法实验上的实验室设置，并估计对电池单元的影响。
2022-02-23 cs.SY eess.SY
RFSR-MI-MPC: Ranking-Based Feasible-Set Restriction for Real-Time Control of Reconfigurable Battery Packs
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Nanjing University of Aeronautics and Astronautics（南京航空航天大学）
提出基于排序前缀的可行集限制方法，将可重构电池组混合整数模型预测控制的每步参与模式从组合数降为线性，显著提升实时性并保持控制性能。
2026-09-29 cs.SY eess.SY
Impedance-Aware Optimized Pulse Patterns for Reconfigurable Battery Systems
University of the Bundeswehr Munich（德国联邦国防军慕尼黑大学）
针对可重构电池系统中配置相关阻抗破坏传统优化脉冲模式假设的问题，提出阻抗感知优化脉冲模式（IA-OPP），嵌入阻抗模型并管理重构率，显著降低电流谐波，优于多种现有方法。
2026-09-16 cs.SY eess.SY
A Simplified Model for the Battery Ageing Potential Under Highly Rippled Load for Battery Management and Active Degradation Control
而在典型的标准化测试中，电池几乎完全加载恒定电流或相对缓慢变化的周期，实际应用涉及快速负载纹波，这对净能量没有贡献。减少滤波电容器甚至动态可重构电池的趋势进一步增加了纹波。因此，纹波负载对锂电池的影响越来越受到关注。根据最近的研究，加速老化在很大程度上取决于纹波的频率。我们使用电化学模型来推导出一个高度简化的回归模型，该模型捕获渐近行为，并允许对特定电池进行参数识别和校准。该模型允许定量监测由于电池管理系统中的纹波电流而引起的额外老化。此外，它能够通过影响现代电池系统（如可重构电池）中的频率内容来主动控制老化潜力。
2022-09-19 cond-mat.mtrl-sci cs.SY eess.SY
Topology, Analysis, and Modulation Strategy of a Fully Controlled Modular Battery Pack with Interconnected Output Ports
模块化电池集成转换器或所谓的动态可重构电池组正在扩展到新兴应用中，包括电动汽车和电网存储。虽然它们提供了许多自由度，但现有技术集中在单输出系统上，并且大多忽略了这种系统在生成多个受控输出方面的潜力。本文研究了使用额外的自由度，可重构电池提供的各种独立负载的可调电源产生多个输出。该技术提供了功能集成的潜力，利用现有的晶体管，并减少单独的专用电源转换级。交叉输出端口，其中一些模块在不同的输出之间共享，可以进一步减少必要的电力电子器件和成本。然而，使用常规调制技术，特别是相移载波调制，在多个端口之间共享模块的情况下可能具有挑战性，并且不同的控制目标可能对整体性能产生不利影响。因此，本文提出了一种策略，解耦多个端口的控制，使所需的电力电子进一步简化。所提出的系统不需要任何额外的有源开关的隔离端口，并可以与广泛的输出电压。仿真和实验验证了所提出的分析。
2023-03-19 cs.SY eess.SY
Reconfigurable Power Converters with Increased Utilization for Unbalanced Power Distribution System Applications
本文提出在四线制功率变换器输出端增加低成本重构级以扩大功率传输可行集，研究表明该方法能显著提高变换器利用率并缓解配电网相位不平衡，且所需容量远低于常规设计。
2024-06-05 cs.SY eess.SY
Reducing Combinatorial Redundancy in Mixed-Integer MPC via Ranking-Based Feasible-Set Restriction for Reconfigurable Batteries
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
针对混合整数模型预测控制中相似单元选择的组合爆炸问题，提出基于排序的可行集限制，使选择数量线性增长，在20单元可重构电池仿真中实现100%最优性证明，求解时间降低13.4倍，荷电状态均衡度提升8.7倍。
2026-09-29 cs.SY eess.SY
A Framework for Health-informed RUL-constrained Optimal Power Flow with Li-ion Batteries
电池储能系统被广泛应用于并网应用中，以减轻间歇性可再生能源发电的影响并增强电力系统的弹性。电池在使用期间的退化是部署中的主要问题之一，严重影响长期寿命。除了环境因素外，电池的这种固有特性还取决于日常工作条件。因此，基于电池的当前状态最佳地进行电池的日常操作以满足所需的剩余使用寿命成为实际且苛刻的需求。为了解决这个问题，本文提出了一个健康知情的规则约束最优潮流框架来表征相应的最优可行操作空间。如果电池的工作条件被限制在该可行域内，则实现目标服务寿命。然后构造等效箱约束，以提高求解优化问题的计算效率。在这个框架中，一个基于蒙特卡洛的数据驱动的方法和健康指标（HI）代表电池的当前状态。所提出的方法的性能与IEEE 39节点系统说明。
2020-11-29 cs.SY eess.SY
When are supercapacitors practically feasible in electric vehicles? A multi-dimensional HESS techno-economic evaluation
Central South University（中南大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
提出多维度技术经济可行性评估框架，通过动态规划尺寸优化和深度强化学习能量管理，系统评估不同车型中超级电容器的可行性，发现城市公交车最具潜力，而乘用车和重卡受限于质量体积和经济效益。
2026-09-09 cs.SY eess.SY
Bang-Ride Optimal Control: Monotonicity, External Positivity, and Fast Battery Charging
本文研究遵循bang-ride模式的最优控制问题，利用Pontryagin极大值原理形式化单调性下最优控制达到最大可行输入的条件，建立其与协态动态外部正性的联系，为快速电池充电的无优化启发式策略提供了严格理论基础。
2025-09-16 cs.SY eess.SY math.OC
Reconfigurable Plug-and-play Distributed Model Predictive Control for Reference Tracking
针对变拓扑网络提出了一种即插即用的模型预测控制（PSTMPC）方案，以跟踪分段常数参考。该方案允许子系统偶尔加入和离开网络，同时保持渐近稳定性和递归的可行性，包括两个主要阶段。在重新设计阶段，基于无源性的控制，以确保网络的渐近稳定性得到保持。在过渡阶段，可重构的终端成分，以确保分布式MPC问题是最初可行的后，PPENDIX操作。所提出的方案的有效性进行评估，将其应用到网络的质量弹簧阻尼器系统，并将其与基准计划。结果发现，新的重新设计阶段的结果在更快的PAPPLE操作，而新的过渡阶段，通过接受更多的请求，增加了灵活性。
2022-11-16 cs.SY eess.SY
On the Integration of Battery Electric Buses into Urban Bus Networks
由于交通相关的排放，世界各地的城市都在与城市空气质量作斗争。在公共交通网络中，电动公交车取代内燃机公交车为改善空气质量提供了机会。因此，许多公交网络运营商目前要求制定最佳转型计划，将电池电动公交车整合到其车队中。理想情况下，该计划还考虑安装必要的充电基础设施，以确保车队的运营可行性。在此背景下，我们引入了一种综合建模方法，以确定一个成本最优的，长期的，多周期的改造计划，将电池电动公交车整合到城市公交网络。我们的模型将中央战略和运营决策联系起来。我们最大限度地降低总拥有成本，并分析氮氧化物排放的潜在减少。我们的研究结果基于一个真实世界的公交网络的案例研究，并表明电池电动公交车的全面整合是可行的，经济效益。通过分析电池容量和充电功率对最佳车队转型的影响，我们表明，中等功率充电设施与中等容量电池相结合优于低功率或高功率充电设施的网络。
2021-03-22 cs.SY eess.SY
Mathematical Modeling for Holistic Convex Optimization of Hybrid Trains
我们研究建模燃料电池混合动力列车的目的，优化其操作使用凸优化。模型和必要的约束条件，形成一个物理上可行的凸问题进行审查。由于广泛考虑了训练速度、能量管理系统和电池热量，因此将这项工作描述为整体性的。最小化的目标是给定目标行程时间的氢燃料消耗。提出了一种新的电池热模型，以帮助电池的热管理，从而保持电池的寿命。所有模型都是在空间域中导出的，沿着约束松弛保证了凸优化问题。第一原理知识和真实世界的数据证明了所提出的模型适用于预期的最优化问题。
2021-10-24 cs.SY eess.SY math.OC
Energy-Optimal Thermal Management of Heat-Pump Battery Electric Vehicles
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Geely Technology Europe（吉利欧洲技术）
提出一种结合规则基监督层与连续非线性模型预测控制的混合控制框架，用于热泵电动汽车的热管理，在满足舒适性和温度约束下最小化热能耗，并在寒冷气候下实现20-28%的节能。
2026-05-27 cs.SY eess.SY
s-Vector Control of Battery Energy Storage System: Definition and Application
给出了s-Vector控制的定义，利用p-q平面上的复功率矢量来量化电池储能系统（BESS）的可行运行区域，并求出最优功率设定值。S-Vector控制的特点是避免了使用昂贵的优化求解器在线求解优化模型，这也是实时控制中的执行时间瓶颈。S-Vector控制的优点是快速和稳定的计算效率。我们验证了基于S矢量的BESS实时控制器，以提供频率响应和电压支持作为电网的辅助服务。目标是最大化BESS资产的效用。将DC-AC变换器的动态性能曲线和电池的安全要求作为控制系统的约束条件。基于传统的下垂控制方法获得初始功率设定点。基于s矢量控制，提出了一种快速优化求解算法，以寻找最优功率设定点，保证系统的安全性。通过在EPFL校园720 kVA / 560 kWh BESS中的实验验证，实现了100 ms的实时控制回路刷新。作为基准，使用优化求解器需要200 ms来更新实时控制回路。
2020-04-02 cs.SY eess.SY
Pareto-optimal energy sharing between battery-equipped renewable generators
风能和太阳能等可再生能源的固有不稳定性导致可再生发电机与存储资源（电池）捆绑在一起，以提高可靠性。在本文中，我们考虑两个这样的捆绑，每个与自己的需求配置文件之间的能源共享的问题。例如，需求简档可以对应于捆绑包向网格做出的承诺。随着每个束寻求最小化其负载率的损失，我们探讨的可能性，一束可以从它的电池在赤字的时候提供能量给另一个，以换取一个互惠的供应，当它面临赤字本身。我们证明了在两个束之间总是存在\emph{mutually beneficial}能量共享安排。此外，我们表明，帕累托最优的安排涉及至少一个束转移能量到其他在最大可行的速率在赤字的时候。我们通过一个广泛的案例研究说明了这种动态能源共享的潜在收益。
2020-05-19 cs.SY eess.SY math.OC
An Approach to Implement Photovoltaic Self-Consumption and Ramp-Rate Control Algorithm with a Vanadium Redox Flow Battery Day-to-Day Forecast Charging
太阳能资源的变化主要是由云层通过引起的，这会导致光伏（PV）系统输出功率的快速波动。波动可能会对电网产生负面影响，平滑技术可以用来尝试纠正it.However，光伏+VRFB的整合，以处理极端功率斜坡在建筑规模的文献中探索不足，以及其有效性与其他能源管理策略（EMS）相结合。这项工作的重点是使用VRFB来控制光伏装置的功率输出，将斜坡率保持在非违规限制和电池荷电状态（SOC）范围内，适合于执行斜坡率管理。在模型仿真的基础上，研究了能量关键性能指标（KPI），并进行了实时验证。模拟了三种EMS：自消耗最大化（SCM）和具有斜坡速率控制的SCM（SCM+RR），并且该最后策略包括基于前一天天气预报的夜间电池充电（SCM+RR+WF）。结果表明，电池SOC管理控制是必要的，这些EMS在VRFB上的应用，和在线天气预报被证明是有效的实时应用。SCM+RR+WF是冬季管理PV+VRFB系统的稳健方法（已研究应用），高PV渗透率建筑区域使其成为可行方法。在研究的一周内，该策略成功地控制了100%的违规功率斜坡，还获得了59%的自耗率（SCR）和61%的电网缓解因子（GRF）。
2022-01-27 cs.SY eess.SY
Adaptive BESS and Grid Setpoints Optimization: A Model-Free Framework for Efficient Battery Management under Dynamic Tariff Pricing
针对住宅社区非凸BESS控制问题，提出融合奖励细化、安全机制与不确定性状态表示的改进SAC算法，在保障电池寿命的同时，较梯度优化基准缩短50%优化时间、节省40%成本。
2024-08-19 cs.SY eess.SY
Optimal Grid-Forming Control of Battery Energy Storage Systems Providing Multiple Services: Modelling and Experimental Validation
本文提出并实验验证了一个联合控制和调度框架的电网形成转换器接口BESS提供多种服务的电网。该框架的目的是调度运行的配电馈线托管异构prosumers根据调度计划，并提供频率遏制储备和电压控制作为额外的服务。该框架包括三个阶段。在日前调度阶段，鲁棒优化问题求解计算最优调度计划和频率下垂系数，计及总产量的不确定性。在日内阶段，采用模型预测控制算法计算BESS的功率设定值，实现对调度计划的跟踪。最后，在实时阶段中，通过考虑功率转换器的能力曲线的凸优化问题，将由调度跟踪产生的功率设定点转换成用于电网形成转换器的可行频率设定点。实验验证了所提出的框架，通过使用电网规模的720 kVA/560 kWh BESS连接到20 kV配电馈线的EPFL托管随机prosumption和光伏发电。
2021-10-19 cs.SY eess.SY
Real-time Control of Battery Energy Storage Systems to Provide Ancillary Services Considering Voltage-Dependent Capability of DC-AC Converters
频率响应和电压支持是电网的重要辅助服务。在本文中，我们设计和实验验证了电池储能系统（BESSs）的实时控制框架，以提供辅助服务的电网。控制系统的目的是利用BESS的全部能力来提供辅助服务。以DC-AC变换器的电压依赖能力曲线和BESS的安全要求作为控制系统的约束条件。基于下垂控制方法获得初始功率设定点。为了保证转换器容量和BESS安全约束的功率设定点的可行性，最终的功率设定点计算被配制为非凸优化问题。然后，提出了一个凸的和计算效率的重新制定的原始控制问题。我们证明了所提出的凸优化给出了原非凸问题的全局最优解。通过对优化模型的可行域进行离散化，提高了算法的计算性能。我们实现了100 ms的更新时间的控制器设定值计算在实验验证的公用事业规模720 kVA / 560千瓦时BESS在EPFL校园。
2021-05-03 cs.SY eess.SY math.OC
Resilient Design and Optimal Operation of Battery Energy Storage Systems for Behind-the-Meter Data Center Microgrids
WSP USA Inc（WSP美国公司）
本文提出高保真负载建模与多阶段优化框架，协同优化负载侧与发电侧BESS，以平滑负载尖峰、提供旋转备用，实现数据中心微电网的韧性且经济的设计。
2026-09-18 cs.SY eess.SY
Minimum Energy Cruise of All-Electric Aircraft with Applications to Advanced Air Mobility
Concordia University（麦吉尔大学康考迪亚学院）
本文研究全电动飞机在稳态巡航飞行中的最小总能耗问题，通过最优控制理论推导出最优巡航速度和最终巡航时间的闭式解，并分析影响全电动巡航可行性的因素。
2026-03-18 cs.SY eess.SY
