Sizing Battery Energy Storage and PV System in an Extreme Fast Charging Station Considering Uncertainties and Battery Degradation
本文提出了混合整数线性规划(MILP)公式,以获得最佳尺寸的电池储能系统(BESS)和太阳能发电系统在一个极端的快速充电站(XFCS),以降低年化总成本。所提出的模型具有典型的一年8个代表性的情况下,并获得最佳的能源管理站和BESS操作,以利用能源套利为每个场景。对比现有文献,本文提出了一种基于恒功率恒电压(CPCV)的改进概率方法来模拟工作日和周末的XFCS充电需求。本文还占每月和每年的需求费用的基础上,现实的公用事业收费。此外,在模型中考虑了BESS寿命退化,以确保在考虑的规划范围内不需要更换。与文献不同,本文提供了实用的MILP公式来计算BESS充电/放电循环使用的累积充电/放电能量的概念。利用McCormick松弛和Big-M方法来松弛BESS操作约束中的双线性项。最后,一个强大的优化为基础的MILP模型,提出并利用占电价,太阳能发电和XFCS需求的不确定性。进行了案例研究,以表明拟议制剂的有效性。
2022-05-29 cs.SY eess.SY
Prescribing Optimal Health-Aware Operation for Urban Air Mobility with Deep Reinforcement Learning
针对城市空中交通中电池老化带来的任务规划难题,本文提出深度强化学习算法,结合电池健康状态优化运行参数与路径规划,在不确定性场景下实现接近最优的飞行性能。
2024-04-12 cs.SY eess.SY
Capacity Estimation of Lithium-ion Batteries Using Invariance Property in Open Circuit Voltage Relationship
Delft University of Technology(代尔夫特理工大学)
本文提出一种利用开路电压与荷电状态关系在老化循环中的不变性,仅需一次OCV测试建模并可从部分充放电或动态放电数据中估计锂离子电池容量的方法,仿真平均绝对相对误差为0.85%。
2025-11-10 cs.SY eess.SY
A Compact Hybrid Battery Thermal Management System for Enhanced Cooling
提出一种嵌入PCM/铝泡沫的多入口U形微通道紧凑型HBTMS,结合纳米流体冷却与脉冲流增强冷却,经热流体模型优化后可显著降温、降耗并提升充电次数与安全性。
2024-12-01 cs.SY eess.SY
Linear Aggregate Model for Realizable Dispatch of Homogeneous Energy Storage
针对电池因无法同时充放电导致调度优化存在非凸约束的问题,提出由可独立充放电单元组成的新型储能复合结构及线性模型,实现了凸优化并保障调度可实现与分解可行。
2025-06-16 cs.SY eess.SY
Optimisation models for the day-ahead energy and reserve scheduling of a hybrid wind-battery virtual power plant
这项工作提出了一套两个优化模型的短期调度和再调度的虚拟发电厂(VPP)组成的风电场和锂离子电池,参与日前的能源和二次调节储备市场的伊比利亚电力市场。首先,采用两阶段随机混合整数线性规划模型,得到VPP的发电和备用计划以及电池储能的机会成本。该模型具有每小时的分辨率和超出市场调度范围的前瞻期,并将每小时的电池退化成本视为放电深度和放电率的函数。不同的策略进行评估,以预测承诺的二次调节储备的实时使用。其次,一个确定性MILP模型被用来确定重新调度的VPP使用作为输入的发电和备用时间表和VPP的存储机会成本提供的前一个模型,并在每小时滚动的基础上执行。结果表明,所提出的模型是有效的短期调度和再调度的VPP使用与低计算时间,使他们易于处理和实用的日常使用。
2022-06-28 cs.SY eess.SY
Battery Capacity of Deferrable Energy Demand
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
研究可延迟能源负载作为电池的行为能力,分析电池容量边界及参数间根本性权衡关系。
2016-09-27 cs.SY eess.SY
Remaining Discharge Energy Prediction for Lithium-Ion Batteries Over Broad Current Ranges: A Machine Learning Approach
本文提出融合物理与机器学习的级联建模方法,实现宽C倍率、任意电压温度截止条件下锂离子电池剩余放电能量预测,NCA与LFP电池误差均低于3%。
2025-01-10 cs.SY eess.SY
Data-Driven Thermal Anomaly Detection in Large Battery Packs
早期检测和跟踪电池组中的异常操作对于提高性能和确保安全至关重要。本文提出了一种数据驱动的方法,使用来自多个锂离子电池单元的实时电压和温度数据进行电池组中的在线异常检测。为细胞组生成基于平均值的残差,并使用主成分分析进行评估。然后使用累积和控制图对评估的残差进行阈值化,以检测异常。在电压信号中检测到与电池单元平衡相关联的轻微外部短路,并且在平衡之后需要电压再训练。温度残差被证明是至关重要的,能够在14分钟内检测到模块平衡事件的异常,而这些事件是从电压残差中无法观察到的。所提出的方法进行统计测试的实验数据从电池电力机车注入基于模型的异常。所提出的异常检测方法具有较低的误报率,并准确地检测和跟踪的合成电压和温度异常。与基于均值的残差的直接阈值处理相比,所提出的方法的性能显示了56%的检测时间快,42%的假阴性少,60%的遗漏异常少,同时保持了相当的假阳性率。
2023-01-20 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
Optimal Microgrid Sizing of Offshore Renewable Energy Sources for Offshore Platforms and Coastal Communities
University of Houston(休斯顿大学)
提出一种集成深度神经网络电池退化模块的微电网优化器(REMO-DNN-BD),用于确定离岸微电网中可再生能源发电和储能的最优容量,最小化全生命周期成本并保证高可靠性。
2026-06-11 cs.SY eess.SY
Merging Large Language Models and Battery Physics for User-Aware Electric Vehicle Driving Management
The Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学);Stellantis US LLC(斯特兰蒂斯美国有限责任公司)
本文提出融合大语言模型与电池物理的混合框架,通过LLM解析用户意图生成有界行为参数,并经物理安全过滤器约束,实现安全且用户感知的电动汽车驾驶管理。
2026-09-24 cs.SY eess.SY
Residual-Corrected Equivalent-Circuit Model with Universal Differential Equations for Robust Battery Voltage Prediction under Operating-Condition Shift
Pontifical Catholic University of São Paulo (PUC-SP)(圣保罗天主教大学);Catholic University of Santos (UNISANTOS)(桑托斯天主教大学)
本文提出一种残差校正混合模型,结合等效电路模型和神经网络,以提高电池电压预测的鲁棒性,通过实验验证其在不同操作条件下的有效性。
2026-11-03 cs.SY eess.SY
Towards Sustainable Satellite Edge Computing
近年来,低轨卫星发展迅速,为解决现有卫星系统中管道结构的局限性,卫星边缘计算应运而生。在卫星边缘计算中引入耗能计算组件会增加电池放电的深度。这将缩短电池的寿命,影响卫星的在轨运行。在本文中,我们的目标是延长电池的寿命,最大限度地减少地球观测任务的放电深度。面对无线不确定性和能量收集动态的挑战,我们的工作开发了一个在线凸优化框架内的在线能量调度算法。我们的算法实现了次线性遗憾和约束违反渐近接近零。仿真结果表明,该算法可以有效地减小放电深度。
2022-03-10 cs.SY eess.SY
A Soft-switched Fast Cell-to-Cell Voltage Equalizer for Electrochemical Energy Storage
电池串联连接以满足许多应用中的电压要求。电压均衡器电路是必要的,以确保没有电池是过度充电或过度放电。提出了一种新型的快速软开关电池间电压均衡器拓扑结构。这种拓扑结构可以同时将电荷从多个过充电电池转移到多个欠充电电池,避免电池的任何不必要的充电或放电,以实现快速电压均衡。所提出的电路拓扑和调制方法确保在所有电池条件下的零电压开关。电路的工作和软开关进行了分析和实验验证与四电池电压均衡器的原型。样机分别与电池组和混合超级电容器组进行了测试,验证了其较高的转换效率。
2019-07-04 cs.SY eess.SY
Optimal Assembly of Repurposed Lithium-Ion Battery Packs under Cell Heterogeneity and Screening Uncertainty
University of Houston(休斯顿大学)
研究在电池异质性和筛选不确定性下退役锂离子电池组的最优组装问题,提出含拓扑筛选阶段的鲁棒优化框架,通过混合整数线性规划选择电池并分配,经实验验证该方法能满足可行性要求,相比单指标基线大幅降低归一化失配目标。
2026-07-15 cs.SY eess.SY
Non-ideal Linear Operation Model for a Li-ion Battery
本文提出一种锂离子电池稳态运行的详细模型,通过线性重构表征非线性的充放电功率限制和效率,无需二元变量即可在保持高计算效率的同时提高近似精度,相比传统理想模型更准确刻画电池性能和技术限制,在24节点系统调度中减少约12%的能量不匹配。
2019-08-08 cs.SY eess.SY math.OC
Electrical Vehicle Fleet Routing Accounting for Dynamic Battery Degradation
随着电动汽车(EV)的日益普及,人们越来越意识到电池退化成本以及如何将其降至最低。然而,从规划的角度来看,很难将电池退化模型集成到现有的路线规划模型中,并评估旨在减少电池退化的政策如何影响整个车队的路线规划成本和退化。在本文中,一个简单的运输车辆路径问题(VRP)制定为一个混合整数非线性问题(MINLP),与修改,允许监控整个车队的最大和最小放电深度(DoD)。这使我们能够在在线优化过程中测量电池健康状况的退化。结果表明,考虑到不同的路线特征对电池退化的影响,可以对整个车队的路线规划以及所有车辆的电池退化产生影响。后者是通过迫使车辆长期适应某些国防部边界来实现的。
2022-03-09 cs.CE cs.SY eess.SY
Modeling and Analysis on Efficiency Degradation of Lithium-ion Batteries
随着可再生能源发电在电网上变得越来越普遍,电池储能系统(BESS)的效率变得越来越重要。因此,有必要研究锂离子电池的能量效率,这是典型的使用在BESS。本研究的目的是提出效率状态(SOE)作为衡量电池传输能量效率的一个指标,并分析在电池的整个寿命期间影响电池SOE的因素。使用NASA的数据集,我们通过计算放电和充电阶段产生和消耗的能量比率来测量镍钴铝(NCA)锂离子电池的SOE。在SOE轨迹中观察到线性趋势,这由Mann-Kendall(MK)趋势检验证实。在此基础上,提出了一个线性的SOE降解模型。进一步的分析表明,环境温度,放电电流和截止电压都以不同的方式影响SOE。使用本研究中观察到的SOE及其行为,电池管理系统(BMS)可以通过调整操作条件或开发更好的管理策略来提高电池的能源效率。
2023-03-19 cs.SY eess.SY physics.data-an
Model Predictive Control-Based Battery Scheduling and Incentives to Manipulate Demand Response Baselines
我们研究了电池储能系统在基于基线的需求响应(DR)计划下的操作,DR事件的时间表不确定。基于基线的DR计划可能会提供非期望的激励,以在非事件日夸大基线消费,以便增加事件日的“明显”DR减少并确保更高的DR支付。我们的目标是确定和量化这些激励措施。为了理解客户决策,我们制定了确定每小时电池充电和放电时间表的问题,以在足够长的时间范围内最小化预期净成本,定义为能源购买成本减去能源出口退税和DR付款(例如,一年)。这个随机优化问题的复杂性与所考虑的时间范围呈指数增长。为了获得计算上易于处理的解决方案,我们建议使用多阶段模型预测控制与场景采样。数值结果表明,我们的解决方案是接近最优的(例如,在测试情况下,最佳值的3%以内)。最后,我们应用我们的解决方案来研究一个示例住宅客户与太阳能光伏和电池系统参与一个典型的现有的基于基线的DR计划。结果表明,超过66%的平均明显的负载减少在DR事件可能会导致通货膨胀的基线消费在非事件天。
2019-09-26 cs.SY eess.SY
A Hybrid Probabilistic Battery Health Management Approach for Robust Inspection Drone Operations
Mondragon(蒙德拉贡)
本文提出结合物理放电模型与概率误差校正模型的混合方法,用于预测巡检无人机 Li-Po 电池 EOD 电压并量化两类不确定性,实测概率准确率较最佳方法提升14.8%。
2024-12-20 cs.AI cs.LG cs.SY
Thermal Analysis of PEM Fuel Cell and Lithium Ion Battery Pack in Confined Space
混合储能系统(HESS)在行业中占据了一席之地。HESS提高了系统效率,降低了整体成本,延长了系统的使用寿命。质子交换膜(PEM)燃料电池与锂离子电池(LIB)混合用于车辆应用、机器人应用等。在具有几何空间约束的应用中,能量存储元件的温度受对流热传递的影响。本文利用COMSOL Multiphysics软件包对不同放电率(C率)的锂离子电池和不同电压的质子交换膜-锂离子电池混杂系统的几何结构进行了热分析。当与PEM电池紧密接近放置时,LIB包的温度的额外升高在4 ℃下在0.03-0.6 $^0$ ℃的范围内。锂离子电池组的电池温度随着C速率的增加和PEM电池电压的降低而增加。
2020-11-30 cs.SY eess.SY
Model Predictive Online Trajectory Planning for Adaptive Battery Discharging in Fuel Cell Vehicle
本文针对插电式混合动力汽车中燃料电池与电池的动态协调问题,提出一种基于迭代LQR的分层在线轨迹规划方法,使高层SOC规划器能自适应指定各驾驶段放电量,并通过数值仿真验证其有效性。
2024-09-05 cs.SY eess.SY
Cell-Level State of Charge Estimation for Battery Packs Under Minimal Sensing
该手稿提出了一种用于在最小感测下在大规模电池组中估计单个锂离子(Li离子)电池单元荷电状态(SOC)的算法,其中仅测量组级电压和电流。对于由电动车辆或固定能量存储应用中的多达数千个电池组成的电池组,期望在没有电池局部测量的情况下估计单个电池SOC,以便降低感测成本。在数学上,纯串联连接的电池在经典的全电压感测下产生由常微分方程给出的动态。相比之下,并联-串联连接的电池组显然更具挑战性,因为动力学由非线性微分代数方程(DAE)系统控制。大多数关于电池组的SOC估计的常规研究受益于将电池组理想化为集总单个电池,这最终失去了对电池级条件的跟踪,并且对电池级过充电和过放电的潜在风险视而不见。这项工作明确建模的电池组具有高保真度的电池分辨率的基础上互连的单电池模型,并检查电池级状态的可观测性,只有包级测量。基于DAE的状态观测器与线性输出误差注入制定,其中单个电池的SOC和电流可以重建从最小数量的包检测。利用系统非线性项的局部Lipschitz连续性,建立了微分和代数状态估计的数学保证渐近收敛性。石墨/NMC电池的仿真结果说明了电池SOC、电流和电压的收敛。
2021-09-17 cs.SY eess.SY
Enhanced Equivalent Circuit Model for High Current Discharge of Lithium-Ion Batteries with Application to Electric Vertical Takeoff and Landing Aircraft
针对传统等效电路模型在高放电倍率下预测精度不足的问题,提出仅新增一个状态量的增强型ECM,结合数据驱动方法与正则化参数识别方案,在eVTOL飞行器150余次飞行数据上验证了其电压预测与悬停能力评估的高精度。
2024-08-15 cs.SY eess.SY
Online SOC Estimation of Lithium-ion Battery Based on Improved Adaptive H Infinity Extended Kalman Filter
本文提出遗忘因子递归最小二乘法与改进自适应H无穷扩展卡尔曼滤波的联合算法,用于锂离子电池在线参数辨识和SOC估计,并在两种工况下验证了其优于对比方法的精度与稳定性。
2023-04-16 cs.SY eess.SY
Electric Vehicle Battery Sharing Game for Mobile Energy Storage Provision in Power Networks
配备有双向充电器的电动车辆(EV)可以作为移动能量存储提供有价值的电网服务。然而,需要适当的财政激励措施来招募电动汽车司机为电网提供服务。在本文中,我们考虑了两种类型的电动汽车司机谁可能愿意提供移动存储服务使用他们的电动汽车:通勤者采取固定路线,按需电动汽车司机谁收到激励从运输网络公司(TNC),并愿意采取任何路线。我们使用博弈论的方法建模的每种类型的驱动程序的行为,并表征纳什均衡(NE)的电动汽车电池共享游戏,每个电动汽车驱动程序从电网中提取电力充电的电动汽车电池在起点的路线,旅行从起点到目的地,然后放电回到电网的目的地的路线。司机获得的回报取决于其他司机的参与和电力网络条件。我们的NE的特点在三种情况下:当只有通勤者,当只有按需跨国公司的司机,当两组司机共存。特别是,我们表明,在这三种情况下的均衡结果支持社会福利。
2022-12-16 cs.SY eess.SY
Integrated motion control and energy management of series hybrid electric vehicles: A multi-objective MPC approach
本文针对串联混合动力汽车的运动控制与能量管理集成问题,提出了一种内嵌运动控制的多目标MPC能量管理方法,并引入电池电流约束以避免过高充放电电流,从而提升安全性、延长电池寿命。
2023-04-07 cs.SY eess.SY math.OC
Development of a Comprehensive Physics-Based Battery Model and Its Multidimensional Comparison with an Equivalent-Circuit Model: Accuracy, Complexity, and Real-World Performance under Varying Conditions
本文开发了一种涵盖宽温域、多倍率和实际工况的综合物理电池模型,并在55种条件下与等效电路模型进行系统校准和对比,揭示了二者在精度、复杂度及参数化需求上的关键差异。
2024-11-19 cs.SY eess.SY
Model-Agnostic Energy Throughput Control for Range and Lifetime Extension of Electric Vehicles via Cell-Level Inverters
University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);Chalmers University of Technology(查尔姆斯理工大学);BMW Group Technology Office USA(宝马集团美国技术办公室)
本文提出一种模型无关的能量吞吐控制策略,通过细胞级逆变器实现对单个电池单元的独立控制,提升电动汽车续航和电池寿命。
2026-04-08 cs.SY eess.SY
Prognosis Of Lithium-Ion Battery Health with Hybrid EKF-CNN+LSTM Model Using Differential Capacity
Universiti Putra Malaysia(马来西亚博特拉大学);Gulf University of Science & Technology(海湾科技大学);Universiti Teknikal Malaysia Melaka(马来西亚马六甲技术大学)
本研究提出一种混合EKF-CNN+LSTM模型,结合差分容量分析,预测锂离子电池健康状态,发现LiFePO4电池在多种充放电倍率下性能更稳健。
2025-04-16 cs.LG cs.SY eess.SY
Robust Scenario-Based Data-Enabled Predictive Control of a Battery Energy Storage System: An Experimental Study
University of Oslo(奥斯陆大学);Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa)(瑞士联邦材料科学与技术实验室(Empa))
本文首次实际部署基于场景的数据驱动预测控制(Scenario-DeePC)于并网电池系统,通过数据驱动方式构建约束鲁棒性,在保持跟踪性能的同时显著减少约束违规,并自适应应对SOC估计的异常跳变。
2026-10-07 cs.SY eess.SY math.OC