Currently, batteries use commonly as energy sources for mobile electric devices. Due to the high density of energy, the energy storage state of a battery is very important information. To know the battery's energy storage state, it is necessary to find out the open state voltage of the battery. The open state voltage calculates with a mathematical model, but the computation of the real time state is complicated and requires many calculations. Therefore, the state observer designs to estimate in real time the battery open-circuit voltage as disturbance including model error. Using the estimated open voltage and applying it to the state estimation algorithm, we can estimate the charge. In this study, we first estimate the open-circuit voltage and design an estimation algorithm for estimating the state of battery charge. This includes errors in the system model and has a robust characteristic to noise. It is possible to increase the precision of the charge state estimation.
This paper shows an accurate charge-pump PLL model which considers the wave-form distortion in high speed operation of charge-pump PLL, the leakage current in loop filter, and a physical limit in charge-pump. With proposed model of charge-pump PLL, overload and stability are derived theoretically and the results are compared to the conventional model. Unlike the ideal charge-pump PLL that simplifies calculations, it is possible to analyze the transient-state and the steady-state at the same time with proposed accurate model. Thus, charge-pump over load, in the transient-state and the stead-state of charge-pump, is accuragely analyzed and the results are confirmed with simulation.
In general, secondary batteries are widely used as an electric energy source. Among them, the state of energy storage of mobile devices is very important information. As a method of estimating a state, there is a method of estimating the state by integrating the current according to an energy storage state of a battery, and a method of designing a state estimator by measuring a voltage and estimating a charge amount based on a battery model. In this study, we designed the state estimator using an extended Kalman filter to increase the precision of the state estimation of the charge amount by including the error of the system model and having the robustness to the noise.
Moisture and high temperature are the most important factors that lead to the ageing of oil-paper insulation, but the research about space charge characteristics of oil-paper insulation does not take the combined effect of ambient temperature, moisture and thermal ageing into account. The pulsed electroacoustic (PEA) method was used to investigate the influence of moisture and temperature on space charge characteristics of oil paper at different ageing stages. The results showed that moisture could speed up formation of space charge in oil paper when water concentration was low, but the formation was restrained if the water concentration was high. At the beginning of thermal ageing, heterogeneous charge accumulation had predominance, but it gradually changed to homogeneous charge injection with ageing. It was believed that moisture concentration could speed up ageing and enhance charge accumulation on one hand, and accelerate or slow down the establishment speed of space charge on the other hand, therefore, charge accumulation type changed with ageing. The more seriously the oil-paper insulation was thermally aged, the deeper the trap energy level was, hence more space charge was trapped, which could be speeded up by increasing the ageing temperature, but the effect of ambient temperature did not fit the Arrhenius law.
The space charge behaviors of oil-paper insulation affect the stability and security of oil-filled converter transformers of traditional and new energies. This paper presents the results of the electrical aging of oil-impregnated paper under AC-DC combined voltages by the pulsed electro-acoustic technique. Data mining and feature extractions were performed on the influence of electrical aging on charge dynamics based on the experiment results in the first stage. Characteristic parameters such as total charge injection and apparent charge mobility were calculated. The influences of electrical aging on the trap energy distribution of an oil-paper insulation system were analyzed and discussed. Longer electrical aging time would increase the depth and energy density of charge trap, which decelerates the apparent charge mobility and increases the probability of hot electron formation. This mechanism would accelerate damage to the cellulose and the formation of discharge channels, enhance the acceleration of the electric field distortion, and shorten insulation lifetime under AC-DC combined voltages.
Conventional battery state-of-charge (SoC) estimation methods either involve sophisticated models or consume considerable computational resource. This study constructs an enhanced coulomb counting method (Ah method) for the SoC estimation of lithium-ion batteries (LiBs) by expanding the Peukert equation for the discharging process and incorporating the Coulombic efficiency for the charging process. Both the rate- and temperature-dependence of battery capacity are encompassed. An SoC mapping approach is also devised for initial SoC determination and Ah method correction. The charge counting performance at different sampling frequencies is analyzed experimentally and theoretically. To achieve a favorable compromise between sampling frequency and accumulation accuracy, a frequency-adjustable current sampling solution is developed. Experiments under the augmented urban dynamometer driving schedule cycles at different temperatures are conducted on two LiBs of different chemistries. Results verify the effectiveness and generalization ability of the proposed SoC estimation method.
The electric charge on a membrane was investigated by analyzing the experimental rejection of various monovalent and divalent ionic solutes. The characteristics of the separation of ionic solutes using various nanofiltration membranes were obtained from an experimental nanofiltration set-up, with a surface area of $40cm^2$ under the operational pressures between 0.25-0.3 MPa. The state of the membrane electric charge was observed using separation coefficients, i.e., the permeation ratio of monovalent to divalent ions. To confirm the state of the membrane charge observed via the separation coefficient, a calculation using the extended Nernst-Planck equation, coupled with the Donnan equilibrium, assuming different electric charge states of the membrane, was compared with the experimental rejection of ionic solutes. The examination of the characteristics of separation using three types of nanofiltration membranes showed that one of the membranes carried a negative/positive double charge density inside, while other two membranes carried either a positive or negative charge density.
In this paper, a coordinated state-of-charge (SOC) control strategy for the energy storage system (ESS) operating under microgrid islanded mode to stabilize the frequency and voltage was proposed. The proposed SOC control loop is made up of PI controller, which uses a SOC state of the energy storage system as an input and an auxiliary reference value of secondary control as an output. The SOC controller changes the auxiliary reference value of secondary control to charge or discharge the ESS. To verify the proposed control strategy, PSCAD/EMTDC simulation study was performed. The simulation results show that the SOC of the ESS can be regulated at the desired operating range without degrading the stabilizing control performance by proposed coordinated SOC control method.
The conditions to be satisfied with SOC(State-of-Charge) indicator installed on the electric vehicle were that it should be used under frequent loading conditions and that it should enable the monitor to adjust to the aging effect. But, the state-of-charge test requires a lengthy stabilization period after discharge cycles and the ampere-hour test requires the knowledge of the battery capacity in terms of amp-hours. However, a monitoring technique combining the state-of-charge test to enable the monitor to adjust to the aging effect with the ampere-hour test to use under frequent loading condition is studied and implemented on a microcontroller-based circuit in this paper. Specially, optical fiber is used to realize hydrometer which is immune to electromagnetic interference and toxic environment and makes it possible to be used in a wide temperature range.
리튬전지는 생산과정에서의 핵심인 화성공정에 의해 수명 및 성능이 크게 좌우되며, 화성공정을 처리하기 위해서 충방전 시스템이 필수적으로 요구되고 있다. 리튬전지 충방전 시스템의 특성을 해석하기 위해 일반적인 방법으로 시뮬레이션하면 충전동작과 방전동작에 엄청난 시간이 소요되고 메모리 용량의 한계로 인해 범용 PC로는 시뮬레이션이 어렵다. 본 논문에서는 리튬전지를 저항-커패시터 직렬회로로 모델링하였으며 상태공간평균의 개념을 적용하여 리튬전지 충방전 시스템을 해석하고 시뮬레이션하였다. Simplorer를 사용하여 시뮬레이션을 수행한 결과 시뮬레이션 시간이 단축되어 범용 PC로도 3시간 내에 시뮬레이션이 가능해졌으며, 리튬전지 충방전 시스템의 정전류/정전압 충전 특성 및 정전류 방전 특성과 충방전 소요시간을 예측할 수 있었다. 또한 충방전 시스템을 구성하고 실험하여 리튬전지를 저항-커패시터 직렬회로로 등가화한 모델링의 타당성과 상태공간평균의 개념을 사용하여 해석하고 시뮬레이션한 방법의 유용성을 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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