"Optimization of Li type batteries efficiency"

Lithium batteries (Li) offer high power and energy density per unit volume and mass but are sensitive on the way they are operated and handled. Incorrect operation may lead to unacceptable conditions. They can be damaged, explode or even release hazardous materials.
These batteries are sensitive of their charge and discharge rate as well as their Depth Of Discharge (DoD). They can easily be destroyed when fully discharged and dangerous when inappropriately charged or discharged.
Electric cars as well as hybrid power stations with energy storage are some examples of systems that require these batteries to operate at their limits.
Reliability and safety of lithium batteries is often questioned and continuous monitoring of parameters that govern their correct operation is required.
Charge / discharge temperature is a factor that affects operation of Lithium batteries, their longevity as well as the number of charge and discharge cycles. Use of these batteries at unacceptable temperatures, causes premature faults and makes them dangerous. For example, charging a battery at temperatures below 0 ° C results in the formation of metallic lithium in the anode plate, which will eventually pass the battery separator and cause a short circuit in the battery and its ignition.
Allowable power discharge and available power of the lithium battery are parameters particularly affected by the operating temperature. It is of vital importance to create and preserve optimum operating temperature conditions in order to maximize the performance of these two parameters.
Li batteries, usually formed by serially connected cells, are greatly affected by cell balancing. When the serially connected cells are not balanced, i.e. they are in a different SOC (SOC = State Of Charge), then discharge is ended prematurely due to the strict limitation of the allowable lowest voltage on the cell.
The purpose of this doctoral thesis shall be:
• investigation and study of the parameters that affect Lithium battery operation and their contribution to improving battery performance. This shall be accomplished through extensive testing and analysis of these parameters
• development of smart algorithms for calculating the Lithium batteries SOC (State Of Charge) with methods that make its calculation more reliable.
• design and development of units that provide optimal operating temperature conditions with innovative techniques, ensuring better performance, longevity and safety of operation
• Development of innovative methods and techniques
 to reduce power loss during charging / discharging of Lithium batteries
 for cell balancing of Lithium batteries
 Safety algorithms to improve Lithium battery safety

"Modeling and predictive control of kite system for high altitude wind energy generation"

Kite energy is an emerging technology in airborne wind energy (AWE) that captures high altitude wind energy (HAWE) by exploiting its controlled flight of tethered wings. Compared with its ground level counterparts, AWE has the advantages to harness wind energy with a higher efficiency and a more consistent behavior. Automatic control of the kite's airfoils is crucial to the proper running of kite energy systems. A proposed feedback strategy could be based on motion planning using the virtual constraint approach and ensures exponential orbital stability of the desired pre-optimized figure-eight trajectory.

"Βελτιστοποίηση λειτουργίας συσσωρευτών Λιθίου"

Οι μπαταρίες λιθίου (Li) προσφέρουν υψηλή ισχύ και πυκνότητα ενέργειας ανά μονάδα όγκου και μάζας αλλά συγχρόνως είναι ευαίσθητες στον τρόπο λειτουργίας και χειρισμού τους. Ο λανθασμένος τρόπος λειτουργίας τους μπορεί να οδηγήσει σε μη επιτρεπτές συνθήκες. Μπορούν είτε να πάθουν βλάβη είτε να γίνουν επικίνδυνες εκρηγνυόμενες είτε εκλύοντας επικίνδυνα υλικά.
Οι μπαταρίες αυτές είναι ευαίσθητες στον ρυθμό φόρτισης και εκφόρτισης τους καθώς και το ποσοστιαίο βάθος εκφόρτισης τους (DoD = Βάθος εκφόρτισης). Μπορούν εύκολα να καταστραφούν όταν εκφορτίζονται πλήρως και επικίνδυνες όταν φορτίζονται / εκφορτίζονται ακατάλληλα ή υπερβολικά.
Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα καθώς και οι υβριδικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, με αποθήκευση ενέργειας, είναι μερικά παραδείγματα συστημάτων που απαιτούν τη λειτουργία των μπαταριών αυτών στα όρια τους.
Η αξιοπιστία και η ασφάλεια των μπαταριών λιθίου συχνά αμφισβητείται και απαιτείται συνεχή παρακολούθηση των παραμέτρων που διέπουν την καλή λειτουργία τους.
Η θερμοκρασία φόρτισης και εκφόρτισης είναι παράγοντας που επηρεάζει τη λειτουργία των μπαταριών Λιθίου, τη μακροζωία τους και τον αριθμό κύκλων φόρτισης – εκφόρτισης. Η χρήση των μπαταριών σε μη επιτρεπόμενες θερμοκρασίες προκαλούν σε αυτές πρόωρα σφάλματα και τις καθιστούν επικίνδυνες. Για παράδειγμα, η φόρτιση μιας μπαταρίας σε θερμοκρασίες κάτω από 0°C έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μεταλλικού λιθίου στην πλάκα ανόδου, η οποία τελικά θα περάσει τον διαχωριστή μπαταρίας και θα προκαλέσει βραχυκύκλωμα της μπαταρίας και ανάφλεξη.
Η επιτρεπόμενη εκφόρτιση ενέργειας καθώς και η διαθέσιμη ισχύς επηρεάζονται ιδιαίτερα από τη θερμοκρασία λειτουργίας της μπαταρίας λιθίου. Είναι ζωτικής σημασίας να δημιουργηθεί και να διατηρείτε η βέλτιστη θερμοκρασία λειτουργίας για να μεγιστοποιηθεί η απόδοση αυτών των δύο παραμέτρων.
Οι μπαταρίες (συσσωρευτές) Li, που συνήθως σχηματίζονται από σειριακά συνδεδεμένα στοιχεία (cells), επηρεάζονται κατά πολύ από την εξισορρόπηση των στοιχείων. Όταν τα σειριακά συνδεδεμένα στοιχεία είναι ασύμμετρα, δηλαδή βρίσκονται σε διαφορετική ποσοστιαία εκφόρτιση (SOC = StateOfCharge), τότε επιβάλλεται πρόωρη παύση της εκφόρτισης λόγω του αυστηρού περιορισμού της επιτρεπόμενης χαμηλής τάσης στοιχείου.
Σκοπός της, εν λόγω, διδακτορικής διατριβής θα είναι
• η διερεύνηση και μελέτη των παραμέτρων που επηρεάζουν τη λειτουργία των μπαταριών Λιθίου και τη συμβολή των στη βελτίωση των επιδόσεων τους. Αυτό θα επιτευχθεί μέσω εκτεταμένων δοκιμών και ανάλυσης αυτών των παραμέτρων
• Ανάπτυξη έξυπνων αλγορίθμων υπολογισμού της Ποσοστιαίας κατάστασης φόρτισης (SOC = StateOfCharge) των μπαταριών Λιθίου με μεθόδους που καθιστούν τον υπολογισμό αυτόν πιο αξιόπιστο
• σχεδίαση και ανάπτυξη μονάδων που παρέχουν βέλτιστες συνθήκες θερμοκρασίας λειτουργίας με καινοτόμες τεχνικές, εξασφαλίζοντας καλύτερη απόδοση, μακροζωία και ασφάλεια κατά την λειτουργία τους
• Ανάπτυξη καινοτόμων μεθόδων και τεχνικών
 για τη μείωση των απωλειών κατά την φόρτιση / εκφόρτιση των μπαταριών Λιθίου
 για την εξισορρόπηση στοιχείων (cells) των μπαταριών Λιθίου
 αλγορίθμων ασφαλείας για την βελτίωση της ασφάλειας των μπαταριών Λιθίου

"Ανάλυση και προβλέψιμος έλεγχος, ενός εναέριου συστήματος ιπτάμενου αετού για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλο υψόμετρο"

Η ενέργεια από ιπτάμενους αετούς (kites) είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία των αιολικών συστημάτων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, τα οποία αιχμαλωτίζουν αέρα σε μεγάλο ύψος, κατευθυνόμενα από τα νήματα ελέγχου που διαθέτουν. Συγκρινόμενοι με τα αιολικά επίγεια συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, οι ιπτάμενοι αετοί έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι πιο αποδοτικοί και έχουν πιο σταθερή συμπεριφορά γιατί βρίσκονται σε μεγάλο ύψος. Ο αυτόματος έλεγχος των πτερυγίων των ιπτάμενων αετών είναι κρίσιμος για την σωστή λειτουργίας τους. Μια προτεινόμενη στρατηγική ελέγχου με ανάδραση θα μπορούσε να είναι μια στρατηγική η οποία θα στηρίζεται σε προγραμματισμένη κίνηση και θα υπολογίζει όλους τους τεχνικούς περιορισμούς του συστήματος, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται μια σταθερή τροχιά και κίνηση για μια επιθυμητή βέλτιστη τροχιά, η οποία θα διαγράφει σαν σχήμα τον αριθμό οκτώ.