A Fundamental Framework for Health-Conscious Optimal Control in Battery Energy Systems, with Application to Lithium-ion Batteries

电池能源系统中健康意识优化控制的基本框架及其在锂离子电池中的应用

基本信息

  • 批准号:
    1130796
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-09-01 至 2014-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract1130796Hosam FathyPenn State UniversityResearch Objectives: This proposal addresses the fundamental problem of optimally controlling battery systems for performance, efficiency, and health. The proposed research will use electrochemistry-based models for optimal battery management, with application to health-conscious battery charging, grid energy storage, and hybrid underwater vehicles. Scientific Merit: The proposed research will add three original contributions to the literature. First, it will furnish a novel framework for combined order and index reduction in electrochemistry-based battery models, thereby making these models more conducive to optimal control. Second, it will use boundary control theory to optimize battery charging/discharging for long-term health. Third, it will address the optimal power and thermal management of a battery pack as a single integrated problem. Together, these contributions have the transformative potential to bridge the current gap between the electrochemistry and control technologies. Broader Impact: The proposed research make a major contribution to battery energy storage and power management. The research discoveries will furnish two new courses on energy system modeling and optimal power management, and support two students in a lab with a solid record of recruiting and training outstanding underrepresented minority students. The PI will disseminate this research to the electrochemistry and control communities ? as well as existing industrial collaborators ? through an edited textbook and web-based seminar series. Finally, the research will enable the PI to incorporate a stronger battery energy storage components into existing toy kits for K-12 student education and outreach.
宾夕法尼亚州立大学研究目标:该提案解决了电池系统性能、效率和健康的最佳控制的基本问题。 拟议的研究将使用基于电化学的模型进行最佳电池管理,并应用于健康意识的电池充电,电网储能和混合动力水下航行器。科学价值:拟议的研究将为文献增加三个原创性贡献。 首先,它将为基于电化学的电池模型中的组合阶数和指数减少提供一个新的框架,从而使这些模型更有利于优化控制。 其次,它将使用边界控制理论来优化电池充电/放电,以实现长期健康。 第三,它将解决电池组的最佳功率和热管理作为一个单一的集成问题。 总之,这些贡献具有弥合电化学和控制技术之间现有差距的变革潜力。更广泛的影响:拟议的研究对电池储能和电源管理做出了重大贡献。这些研究发现将提供两门关于能源系统建模和最佳电源管理的新课程,并支持实验室中的两名学生,他们在招募和培训优秀的少数民族学生方面有着良好的记录。 PI将把这项研究传播给电化学和控制社区?以及现有的工业合作者?通过编辑的教科书和网上研讨会系列。 最后,这项研究将使PI能够将更强大的电池储能组件纳入现有的K-12学生教育和推广玩具套件中。

项目成果

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