Sensor nodes are the most significant part of a wireless sensor network that offers a powerful combination of sensing, processing, and communication. One major challenge while designing a sensor node is power consumption, as sensor nodes are generally battery-operated. In this study, we proposed the design of a low-power, long range-based wireless sensor node with flexibility, a compact size, and energy efficiency. Furthermore, we improved power performance by adopting an efficient hardware design and proper component selection. The Nano Power Timer Integrated Circuit is used for power management, as it consumes nanoamps of current, resulting in improved battery life. The proposed design achieves an off-time current of 38.17309 nA, which is tiny compared with the design discussed in the existing literature. Battery life is estimated for spreading factors (SFs), ranging from SF7 to SF12. The achieved battery life is 2.54 years for SF12 and 3.94 years for SF7. We present the analysis of current consumption and battery life. Sensor data, received signal strength indicator, and signal-to-noise ratio are visualized using the ThingSpeak network.
In this paper, a single-phase current-source bidirectional converter topology for V2G applications is proposed. The proposed converter consists of a single-phase current-source rectifier (SCSR) and an auxiliary switching network (ASN). It offers bidirectional power flow between the battery and the grid in the buck or boost mode and expands the output voltage range, so that it can be compatible with different voltage levels. The topology structure and operating principles of the proposed converter are analyzed in detail. An indirect control algorithm is used to realize the charging and discharging of the battery. Finally, the semiconductor losses and system efficiency are analyzed. Simulation and experimental results demonstrate the validity and effectiveness of the proposed topology.
유기이차전지가 가지고 있는 전극 내 낮은 접합력과 높은 계면저항의 단점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 흑연 코팅 처리된 집전체를 사용하여 lithium terephthalate (LTA)전지의 전기화학적 특성 변화를 분석하였다. LTA 음극 활물질은 산의 이온 치환반응에 의하여 불순물 없이 합성되어 졌다. 막대 형태의 LTA 활물질로 제작된 전극과 흑연 코팅 처리된 집전체와의 접합특성은 SEM 단면과 EIS를 통하여 확인하였다. 흑연 코팅된 집전체를 사용한 LTA전지의 계면저항은 현저히 감소되었다. 순수한 금속 집전체 LTA 전지와 흑연 코팅 처리된 금속 기판 LTA 전지는 0.1C의 두 번째 사이클에서 107.6 mAh/g와 148.8 mAh/g의 방전 용량을 보인다. 흑연 코팅된 집전체를 사용한 LTA 전지는 순수한 LTA 전지에 비하여 우수한 수명 특성과 높은 방전 용량, 그리고 높은 고율 특성을 가진다.
This paper proposes an individual charge equalization converter using selective two current paths for series connected lithium-ion battery strings. In the proposed equalizer, a central equalization converter acting as a controllable current source is sequentially connected in parallel with individual batteries through an array of cell selection switches. A flyback converter with a modified rectifier realizes a controllable current source. A central equalization converter is shared by every battery cells through the cell selection switch, instead of a dedicated charge equalizer for each cell. With this configuration, although the proposed equalizer has one dc-dc converter, individual charge equalization can be effectively achieved for the each cell in the strings. Furthermore, since the proposed equalizer would not allocate the separated dc-dc converter to each cell, such that the implementation of great size reduction and low cost can be allowed. In this paper, an optimal power rating design guide is also employed to obtain a minimal balancing size while satisfying equalization requirements. A prototype for eight lithium-ion battery cells is optimally designed and implemented. Experimental results verify that the proposed equalization method has good cell balancing performance showing small size, and low cost.
This paper presents a simple and cost-effective stand-alone rapid battery charging system of 30kW for electric vehicles. The proposed system mainly consists of active front-end rectifier of neutral point clamped 3-level type and non-isolated bi-directional dc-dc converter of multi-phase interleaved half-bridge topology. The charging system is designed to operate for both lithium-polymer and lithium-ion batteries. The complete charging sequence is made up of three sub-interval operating modes; pre-charge mode, constant-current mode, and constant-voltage mode. The pre-charge mode employs the stair-case shaped current profile to accomplish shorter charging time while maintaining the reliable operation of the battery. The proposed system is specified to reach the full-charge state within less than 16min for the battery capacity of 8kWh by supplying the charging current of 78A. Owing to the simple and compact power conversion scheme, the proposed solution has superior module-friendly mechanical structure which is absolutely required to realize flexible power expansion capability in a very high-current rapid charging system.
This paper presents a finite control set model predictive control (FCS-MPC) strategy for the AC/DC matrix converter used in grid-connected battery energy storage system (BESS). First, to control the grid current properly, the DC current is also included in the cost function because of input and output direct coupling. The DC current reference is generated based on the dynamic relationship of the two currents, so the grid current gains improved transient state performance. Furthermore, the steady state error is reduced by adding a closed-loop. Second, a Luenberger observer is adopted to detect the AC input voltage instead of sensors, so the cost is reduced and the reliability can be enhanced. Third, a switching state pre-selection method that only needs to evaluate half of the active switching states is presented, with the advantages of shorter calculation time, no high dv/dt at the DC terminal, and less switching loss. The robustness under grid voltage distortion and parameter sensibility are discussed as well. Simulation and experimental results confirm the good performance of the proposed scheme for battery charging and discharging control.
Though battery chemistry and technology had been developed for over a hundred years back, increase in demand for storage energy, in the computer accessories, cell phones, automobile industries for future battery car and uninterrupted power supply, has made, the development of existing and new battery, as an emerging areas of research. With innovation of high energetic inexpensive Nano structure materials, a more energy efficient battery with lower cost can be competitive with the present primary and rechargeable batteries. Materials electrochemistry of electrode materials, their synthesis and testing have been explained in the present paper to find new high efficient battery materials. The paper discusses fundamental of electrochemistry in finding true cell potential, overvoltages, current, specific energy of various combinations of anode-cathode system. It also describes of finding the performance of new electrode materials by various experiments viz. i. Cyclic Voltammetry ii. Chronoamperometry iii. Potentiodynamic Polarization iv. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Research works of different battery materials scientists are discussed for the development of existing battery materials and new nano materials for high energetic electrodes. Problems and prospects of a few promising future batteries are explained.
Nowadays, lithium-ion battery has become more popular around the world. Knowing when batteries reach their end of life (EOL) is crucial. Accurately predicting the remaining useful life (RUL) of lithium-ion batteries is needed for battery health management systems and to avoid unexpected accidents. It gives information about the battery status and when we should replace the battery. With the rapid growth of machine learning and deep learning, data-driven approaches are proposed to address this problem. Extracting aging information from battery charge/discharge records, including voltage, current, and temperature, can determine the battery state and predict battery RUL. In this work, we first outlined the charging and discharging processes of lithium-ion batteries. We then summarize the proposed techniques and achievements in all published data-driven RUL prediction studies. From that, we give a discussion about the accomplishments and remaining works with the corresponding challenges in order to provide a direction for further research in this area.
The electrolyte flow rates of vanadium redox flow battery play very important role in terms of ion transfer to electrolyte, kinetics and pump efficiency in system. In this paper a vanadium redox flow battery single cell was tested to suggest the optimization criteria of electrolyte flow rates on the efficiencies. The compared electrolyte circulation flow rates in this experimental work were 15, 30 and 45 mL/min. The charge/discharge characteristics of the flow rate of 30 mL/min was the best out of all flow rates in terms of charging and discharging time. The current efficiencies, voltage efficiencies and energy efficiencies at the flow rate of 30 mL/min were the best. The IR losses obtained at thd current density of $40mA/cm^2$, at the flow rates of 15, 30 and 45 mL/min were 0.085 V, 0.042 V and 0.115 V, respectively. The charge efficiencies at the current density of $40mA/cm^2$ were 96.42%, 96.45% and 96.29% for the electrolyte flow rates of 15, 30 and 45 mL/min, respectively. The voltge efficiencies at the current density of $40mA/cm^2$ were 77.34%, 80.62% and 76.10% for the electrolyte flow rates of 15, 30 and 45 mL/min, respectively. Finally, the energy efficiencies at the current density of $40mA/cm^2$ were 74.57%, 77.76% and 73.27% for the electrolyte flow rates of 15, 30 and 45 mL/min, respectively. The optimum flow rates of electrolytes were 20 mL/min in most of operating variables of vanadium redox flow battery.
Recently, usage of electric and electronic system for car increases rapidly. Consequently power monitoring supplied to the system is essential for management and controlling. Generally, battery status is monitored through measuring and diagnosing the current measurement method utilizing Hall Effect. Therefore, in this paper, we analysed magnetic field to develop the solution of DC current sensor using Hall Effect which is the core of design and development. By analysing the magnetic field by FEM using Maxwell 3D software, the location of the highest output current and stable part in the Hall IC sensor was shown. Also, the optimal core design of DC current sensor using parametric and Simplex method was presented. A car battery charge and discharge process dependant on time effect on the changing of magnetic field was simulated and compared to the result from the experiment result of actual vehicle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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