• Journal of Power Electronics
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• 제17권2호
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• pp.501-513
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• 2017

The fundamental small-signal modeling of lithium-ion (Li-ion) batteries and a parameter evaluation approach are investigated in this study to describe the dynamic behaviors of small signals accurately. The main contributions of the study are as follows. 1) The operational principle of the small signals of Li-ion batteries is revealed to prove that the sinusoidal voltage response of a Li-ion battery is a result of a sinusoidal current stimulation of an AC small signals. 2) Three small-signal measurement conditions, namely stability, causality, and linearity, are proved mathematically proven to ensure the validity of the frequency response of the experimental data. 3) Based on the internal structure and electrochemical operational mechanism of the battery, an AC small-signal model is established to depict its dynamic behaviors. 4) A classical least-squares curve fitting for experimental data, referred as Levy's method, are introduced and developed to identify small-signal model parameters. Experimental and simulation results show that the measured frequency response data fit well within reading accuracy of the simulated results; moreover, the small-signal parameters identified by Levy's method are remarkably close to the measured parameters. Although the fundamental and parameter evaluation approaches are discussed for Li-ion batteries, they are expected to be applicable for other batteries.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제17권5호
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• pp.688-693
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• 2014

Zinc-air batteries which has various merits in the aspect of energy density, power density and price relative to lithium based second batteries were extensively investigated recently. To develope and optimize these zinc-air batteries, the method of M&S is so efficient solution to reduce price and time. Therefore, in this paper, after executing mathematical modeling, I optimized the zinc-air battery through the simulation and make bolt-cell and discharge it to compare with simulation result. As a result, predictions are well agreed with experimental results.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권2호
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• pp.150-157
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• 2014

리튬-이온 배터리는 이전의 전기 화학 배터리에 비교해 무게, 열 소산 및 자가 방전 등의 장점으로 인해 현재 대부분의 인공위성에서 사용되고 있다. 리튬-이온 배터리의 성능 해석 모델은 새로운 위성 전력계 설계를 지원하기 위해 필요하다. 본 논문은 정지궤도위성 전력계 설계 및 에너지 밸런스 해석에 활용하기 위해 리튬-이온 배터리 성능 해석 모델을 개발하였다. 해석 모델은 위성체 버스 전력, 태양전지배열기 전력 및 배터리 온도를 입력 받고 배터리 전압, 충방전 전류, 테이퍼 지수, 충전 상태 및 소산 전력을 제공한다. 성능 해석 모델의 결과는 모델을 검증하기 위해 정지궤도위성의 비행 데이터와 비교 분석하였다. 비교된 결과는 비행 데이터와 현저한 차이가 없었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권6호
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• pp.403-408
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• 2016

리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 안정적인 충전/방전 특성을 내재하고 있어 하이드리드 및 전기자동차에 보편적으로 사용된다. 리튬 이온 배터리의 효율은 배터리 자체의 온도 특성에 직접적인 영향을 받으므로, 열을 효율적으로 냉각하는 기술이 요구된다. 본 논문에서는 수냉식 배터리 냉각 시스템의 냉각 성능과 펌프 소모동력에 관한 전산유체해석을 수행하였다. 이를 위해 배터리 셀의 냉각수 유량 및 냉각 채널의 특성에 따른 냉각 성능을 수치적으로 예측하였다. 이를 바탕으로 250개 배터리 셀을 기준으로 유량 및 차압에 의한 소모동력을 계산하였다. 이러한 연구는 차세대 하이브리드 및 전기자동차의 시간에 따른 배터리의 온도 변화 및 충/방전 효율 최적화 기술에 적용할 수 있는 기초 연구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제33권5호
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• pp.69-75
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• 2013

To increase the efficiency of the photovoltaic, almost photovoltaic appliances are controlled by Maximum Power Point Tracking(MPPT). Existing most of the PV MPPT techniques have used power which multiplies sensed output current and voltage of the solar cell. However, these algorithms are unnecessarily complicated and too expensive for small and compact system. The other hand, the proposed MPPT technique is only one sensing of the MPPT converter's output current, so there is no need to insert another sensors of battery side. Therefore, this algorithm is simpler compared to the traditional approach and is suitable for low power solar system. Further, the novel proper charge/discharge algorithm for the battery with PV MPPT is developed. In this algorithm, there is CC battery charge mode and load discharge mode of the PV cell & battery dual. Also we design current control to regulate allowable current during the battery charging. The proposed algorithm will be applicable to battery included solar cell applications like solar lantern and solar remote control car. Finally, the proposed method has been verified with computer simulation.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권2호
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• pp.1355-1363
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• 2015

태양광전원이 연계된 배전계통에서 발생되는 과전압문제를 해소하기 위하여, 계통에서 발생하는 전압변동에 대응하여 전압을 일정하게 유지시킬 수 있는 선로 전압 조정장치(Step Voltage Regulator)의 도입이 제안되고 있다. 일반적으로 SVR은 전압조정 방법에 의하여 Tap위치를 결정한 후, 일정시간이 지나면 Tap이 동작하도록 운용된다. 하지만 지연시간(30sec) 이후에 Tap을 동작시키는 SVR의 특성에 의하여, 이 시간동안 수용가전압은 규정치를 벗어날 가능성을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 배전계통의 상용소프트웨어인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 LDC방법에 의한 SVR의 전압조정 모델링과, 양방향으로 유무효전력을 제어할 수 있는 전지전력저장장치(Battery Energy Storage System)의 모델링을 제안하였다. 또한 SVR의 문제점을 보완하기 위하여, BESS와의 협조방안에 대한 모델링을 제시하였다. 상기에서 제안한 모델링을 바탕으로 수용가의 전압특성을 분석한 결과, SVR과 BESS에 의하여 안정적으로 전압이 유지됨을 확인하여, 본 연구에서 제시한 모델링의 유효성을 입증하였다.

• Journal of Power Electronics
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• 제17권2호
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• pp.398-410
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• 2017

This work presents the design of a dual extended Kalman filter (EKF) as a state/parameter estimator suitable for adaptive state-of-charge (SoC) estimation of an automotive lithium-iron-phosphate ($LiFePO_4$) cell. The design of both estimators is based on an experimentally identified, lumped-parameter equivalent battery electrical circuit model. In the proposed estimation scheme, the parameter estimator has been used to adapt the SoC EKF-based estimator, which may be sensitive to nonlinear map errors of battery parameters. A suitable weighting scheme has also been proposed to achieve a smooth transition between the parameter estimator-based adaptation and internal model within the SoC estimator. The effectiveness of the proposed SoC and parameter estimators, as well as the combined dual estimator, has been verified through computer simulations on the developed battery model subject to New European Driving Cycle (NEDC) related operating regimes.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제17권1호
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• pp.130-136
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• 2009

A lumped parameter model of Li-ion battery in hybrid electric vehicle(HEV) is constructed and system parameters are identified by using recursive least square estimation for different C-rates, SOCs and temperatures. The system characteristics of pole and zero in frequency domain are analyzed with the parameters obtained from different conditions. The parameterized model of Li-ion battery indicates highly dependant of temperatures. The system pole and internal resistance changes 6.6 and 18 times at $-20^{\circ}C$, comparing with those at $25^{\circ}C$, respectively. These results will be utilized on constructing model-based state observer or an on-line identification and an adaptation of the model parameters in battery management systems for hybrid electric vehicle applications.

• 전력전자학회논문지
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• 제21권2호
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• pp.182-189
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• 2016

A modeling method of electric power network inside a fishing boat less than 5 tons is proposed for its high-energy efficiency with renewable energy sources. The power network inside the fishing boat consists of a diesel engine, a starter motor, an alternator, battery packs, and electric loads, which are connected in parallel. To obtain proper power network model, the voltage -current characteristics of the electric components are considered to develop elaborate electrical models under several load conditions. Measured data of the battery and alternator current include noise. By using an average method, the AC components from the power network of the fishing boat can be reduced, which is verified by KCL rule. Using the proposed power network model, the power generation of the alternator and the reduction of diesel consumption in the boat's engine are predictable under various operating conditions. The validity of the proposed methodology is verified by comparing simulation results with experimental measurements using statistical inferences.

• 에너지공학
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• 제21권4호
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• pp.346-355
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• 2012

최근 전 세계가 환경문제와 에너지 자원 고갈 문제에 대해 관심을 집중하고 있다. 이런 문제들을 해결하기 위한 여러 가지 방법들 중 하나가 하이브리드자동차(HEVs)이다. 그래서 하이브리드자동차 기술에 대한 사람들의 관심이 높아지고 있다. 하이브리드 자동차의 에너지 저장 시스템의 후보들은 AGM 배터리, Ni-MH 배터리 및 리튬배터리 등이다. AGM 배터리는 상대적으로 낮은 가격, 높은 충전 효율, 낮은 자가 방전 및 높은 안전성 등이 장점이다. 상용자동차에 하이브리드 자동차 시스템을 적용하기 위해서는 4개의 AGM 배터리를 2개의 직렬과 2개의 병렬로 연결해야한다. 본 연구에서는 상용차용으로 사용될 직 병렬로 연결되어 있는 AGM 배터리 시스템의 충 방전 특성을 예측하기 위하여 AGM 배터리의 충 방전 모델링을 수행하였다. AGM 배터리의 충 방전 모델링을 위해 내부에서 일어나는 전기화학 반응, 전하 보전과 물질 보존 법칙을 통해 배터리의 지배방정식으로 세웠다. 모델링 결과의 정확성을 검증하기 위해 다양한 조건에서의 실험결과와 비교하였다.