Duong, Van Huan;Tran, Ngoc Tham;Choi, Woojin;Kim, Dae-Wook
Journal of Power Electronics
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v.16
no.1
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pp.238-248
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2016
The state-of-charge (SOC) and state-of-health (SOH) estimation of batteries play important roles in managing batteries for automotive applications. However, an accurate state estimation of a battery is difficult to achieve because of certain factors, such as measurement noise, highly nonlinear characteristics, strong hysteresis phenomenon, and diffusion effect of batteries. In certain vehicular applications, such as idle stop-start systems (ISSs), significant errors in SOC/SOH estimation may lead to a failure in restarting a combustion engine after the shut-off period of the engine when the vehicle is at rest, such as at a traffic light. In this paper, a dual extended Kalman filter algorithm with a dynamic equivalent circuit model of a lead-acid battery is proposed to deal with this problem. The proposed algorithm adopts a battery model by taking into account the hysteresis phenomenon, diffusion effect, and parameter variations for accurate state estimations of the battery. The validity of the proposed algorithm is verified through experiments by using an absorbed glass mat valve-regulated lead-acid battery and a battery sensor cable for commercial ISS vehicles.
This paper deals with a bidirectional ac-dc converter used in ups system application. We propose a Voltage-Source-Charge-Pump-Power-Factor-Correction(VS-CPPFC) ac-dc converters. First of all, we propose a charge pump power-factor-correction converter. Secondly, we derive and analyse a unity power factor condition. The proposed topology is based on a half-bridge for the primary and a current-fed push pull for the secondary side of a high frequency isolation transformer. The advantage of bidirectional flow of power achieved by using the same power components is that the circuit is simple and efficient. And the galvanically isolated topology is specially attractive in battery charge/discharge circuits in ups system. We design equivalent model for the steady-state circuit and analyse operation waveforms for each mode. We show that the proposed model can be applied to ups system by simulation processes.
Park, Jinhyeong;Kim, Jaewon;Lee, Miyoung;Kim, Byoung-Choul;Jung, Sung-Chul;Kim, Jonghoon
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.26
no.6
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pp.381-389
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2021
Most diagnosis approaches rely on historical failure data that might not be feasible in real operating conditions because the battery voltage and internal parameters are nonlinear according to various operating conditions, such as cell-to-cell configuration and initial condition. To overcome this issue, the estimator and the predictor require integrated approaches that consider comprehensive data, with the degradation process and measured data taken into account. In this paper, vector autoregressive models (VAR) with various parameters that affect overdischarge to the cell in the battery pack were constructed, and the cell-to-cell parameters were identified using an adaptive model to analyze the influence of failure prognosis. The theoretical analysis is validated using experimental results in terms of the feasibility and advantages of fault prognosis.
KIPS Transactions on Computer and Communication Systems
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v.3
no.11
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pp.419-426
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2014
The recent trend of performance increase in the smart mobile devices demands more power consumption and lower batter life time. Among three battery models of mathematical model, electrochemical model and electric model, the Thevenin's equivalent circuit with non-linear function model of SOC in the electrical model is widely used. However, the OCV results have only limited accuracy because of the characteristic shift caused by temperature and age and atypical impedance property that cannot expressed by electrical components. In this paper, the new battery model that improves the accuracy of the existing models is proposed. In the proposed simulator the mathematical model for SOC characteristic is improved and the adjustment for the temperature, the age of battery and atypical electrical characteristics. In the experimental results of predicting of the battery in the static and dynamic state, the proposed simulator shows improved MSE comparing to the results of the existing methods.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.19
no.5
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pp.422-430
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2014
This study proposes a small-signal model and control design for a two-stage DC-DC-AC converter to investigate its dynamic characteristics in relation to battery energy storage system. When the circuit analysis of the two-stage DC-DC-AC converter is attempted simultaneously, the mathematical procedure of deriving the dynamic equation is complex and difficult. The main idea of modeling the two-stage DC-DC-AC converter states that this topology is separated into a bidirectional DC-DC converter and a single-phase inverter with an equivalent current source corresponding to that of the inverter or converter. The dynamic equations for the separated converter and inverter are then derived using the state-space averaging technique. The procedures of building the small-signal model of the two-stage DC-DC-AC converter are described in detail. Based on the derived small-signal model, the individual controllers are designed through a frequency-domain analysis. The simulation and experimental results verify the validity of the proposed modeling approach and controller design.
Kim, Yongsoon;Park, Jinhyeong;Jang, Sung-Soo;Kim, Jonghoon
Proceedings of the KIPE Conference
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2018.07a
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pp.462-463
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2018
본 논문에서는 환경조건에 따른 18650 고용량 원통형 배터리의 안정성과 신뢰성을 확보하기 위해, 상온 및 저온에서 전기적 특성 실험을 실시하였다. 배터리 등가회로 모델을 기반으로 온도조건에 따라 내부 파라미터를 비교 및 분석하였으며, 이를 통해 배터리의 특성 변화를 나타내었다.
The conventional methods used to evaluate battery state-of-charge (SOC) cannot accommodate the chemistry nonlinearities, measurement inaccuracies and parameter perturbations involved in estimation systems. In this paper, an impedance-based equivalent circuit model has been constructed with respect to a LiFePO4 battery by approximating the electrochemical impedance spectrum (EIS) with RC circuits. The efficiencies of approximating the EIS with RC networks in different series-parallel forms are first discussed. Additionally, the typical hysteresis characteristic is modeled through an empirical approach. Subsequently, a methodology incorporating an H-infinity observer designated for open-circuit voltage (OCV) observation and a hysteresis model developed for OCV-SOC mapping is proposed. Thereafter, evaluation experiments under FUDS and UDDS test cycles are undertaken with varying temperatures and different current-sense bias. Experimental comparisons, in comparison with the EKF based method, indicate that the proposed SOC estimator is more effective and robust. Moreover, test results on a group of Li-ion batteries, from different manufacturers and of different chemistries, show that the proposed method has high generalization capability for all the three types of Li-ion batteries.
Wind power generation system is one of the most useful energy resource using natural environment. One of the biggest problem we encountered is toot the wind speed is fluctuating sharply according to the weather conditions rather than it is stable. In this paper we do the equivalent modeling the mechanical energy of wind power turbine according to wind speed into the synchronous generator. We analyse the equivalent modeling output part of rectifier into DC/DC converter input part theoretically. We analyse a battery charging characteristics for power storage enabling the supply of stable power to the load. We design a system and do the modeling of it analytically so that it supplies a stable power to the load by constructing a DC-AC inverter point. Also we make a small size model usable in actual wind power generation system of 30kw and make an experiment and confirm its validity.
Lithium rechargeable cells are used in many industrial applications, because they have high energy density and high power density. For an effective use of these lithium cells, it is essential to build a reliable battery management system (BMS). Therefore, the state of charge (SOC) estimation is one of the most important techniques used in the BMS. An appropriate modeling of the battery characteristics and an accurate algorithm to correct the modeling errors in accordance with the simplified model are required for practical SOC estimation. In order to implement these issues, this approach presents the comparative analysis of the SOC estimation performance using equivalent electrical circuit modeling (EECM) and noise suppression technique (NST) in three representative $LiCoO_2/LiFePO_4/LiNiMnCoO_2$ cells extensively applied in electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs) and energy storage system (ESS) applications. Depending on the difference between some EECMs according to the number of RC-ladders and NST, the SOC estimation performances based on the extended Kalman filter (EKF) algorithm are compared. Additionally, in order to increase the accuracy of the EECM of the $LiFePO_4$ cell, a minor loop trajectory for proper OCV parameterization is applied to the SOC estimation for the comparison of the performances among the compared to SOC estimation performance.
Lithium batteries are widely used in mobile electronic devices due to their higher voltage and energy density, lighter weight and longer life cycle when compared to other secondary batteries. In particular, a high demand for lithium batteries is expected for electric cars. In the case of the lithium batteries used in electric cars, driving distance must be calculated accurately and discharging should not be done below a level that makes it impossible to crank. Therefore, accurate information on the state-of-charge (SOC) becomes an essential element for reliable driving. In this paper, a novel method for estimating the SOC of lithium polymer batteries using AC impedance is proposed. In the proposed method, the parameters are extracted by fitting the measured impedance spectrum on an equivalent impedance model and the variation in the parameter values at each SOC is used to estimate the SOC. Also to shorten the long length of time required for the measurement of the impedance spectrum, a novel method is proposed that can extract the equivalent impedance model parameters of lithium polymer batteries with the impedance measured at only two specific frequencies. Experiments are conducted on lithium polymer batteries, with similar capacities, made by different manufacturers to prove the validity of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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