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Degradation-aware optimization of second-life battery applications in multi-energy charging hubs: Identifying profit-optimal operating conditions

电池(电) 可扩展性 区间(图论) 计算机科学 降级(电信) 营业成本 时间范围 可靠性工程 工程类 非线性系统 电动汽车 还原(数学) 汽车工程 荷电状态 数学优化 净现值 最优化问题 非线性规划 重新调整用途 电动汽车蓄电池 水准点(测量) 光伏系统 现值 价值(数学) 模拟 降低成本
作者
Feyza Turan,Ali Rıfat Boynueğri,Ali Furkan Tetik,Yavuz Ateş
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:164: 122270-122270
标识
DOI:10.1016/j.est.2026.122270
摘要

The growing number of retired electric vehicle batteries presents both an environmental challenge and an economic opportunity. Repurposing them as second-life batteries (SLBs) can reduce lifecycle costs and material waste, yet their economic value strongly depends on how they are operated. Although the effects of charge–discharge rates (C-rate) and depth-of-discharge (DoD) on battery degradation are established, their long-term economic implications under different operating conditions remain insufficiently examined. This study develops a degradation-aware optimization framework for integrating SLBs into a photovoltaic (PV)-coupled charging hub serving both electric and hydrogen vehicles. The proposed framework consists of a pre-optimization stage and a full system optimization. The cost-minimizing system optimization is first solved as a nonlinear MINLP to capture battery behavior and generate degradation data. The same problem is then reformulated as a mixed-integer model using this information. This two-stage approach replaces long-horizon MINLP simulations with a more efficient MIP formulation, achieving an 87% reduction in solution time while maintaining high accuracy, with a relative error of 0.33% per simulation interval in loading and degradation profiles. Six operating regimes are analyzed by varying C-rate (0.3–0.8) and DoD (0.7–0.8), and long-term performance is evaluated over a 25-year horizon using net present value (NPV). The results indicate that economically optimal operation does not necessarily coincide with minimal degradation; notably, the most aggressive strategy (0.8C, DoD = 0.8) yields a 2.27% higher NPV. Overall, the proposed framework provides a scalable decision tool for enabling profit-oriented SLB operation while supporting reliable and sustainable battery reuse.

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