Global automobile manufacturers are developing electric vehicles (EVs) to eliminate the pollutant emissions from internal combustion vehicles and to minimize fossil fuel consumptions for the future generations. However, EVs have a disadvantage of shorter traveling distance than that of conventional vehicles. To answer this shortfall, more batteries are installed in the EV to satisfy the consumer expectation for the driving range. However, as the energy capacity of the battery mounted in the EV increases, the amount of heat generated by each cell also increases. Naturally, a better battery thermal management system (BTMS) is required to control the temperature of the cells efficiently because the appropriate thermal environment of the cells greatly affects the power output from the battery pack. Typically, the BTMS is divided into an active and a passive system depending on the energy usage of the thermal management system. Heat exchange materials usually include gas and liquid, semiconductor devices and phase change material (PCM). In this study, an application of PCM for a BTMS was investigated to maintain an optimal battery operating temperature range by utilizing characteristics of a PCM, which can accumulate large amounts of latent heat. The system was modeled using Dymola from Dassault Systems, a multi-physics simulation tool. In order to compare the relative performance, the BTMS with the PCM and without the PCM were modeled and the same battery charge/discharge scenarios were simulated. Number of analysis were conducted to compare the battery cooling performance between the model with the aluminum case and PCM and the model with the aluminum case only.
최근 휴대용 기기의 급속한 발전이 이뤄지고, 다양한 전자제품에서 높은 성능의 이차 전지가 요구됨에 따라 고에너지밀도 특성을 가능케 하는 전극 재료의 연구가 주목받고 있다. 음극의 경우, 기존에 사용하고 있는 흑연재료를 대체하기 위하여 실리콘, 주석 등의 소재와 전이금속 산화물을 새로운 음극재료로 사용하려고 한다. 리튬 바나듐 옥사이드는 리튬 전이금속 산화물 기반의 음극 소재로서 흑연 대비 1.5배의 부피당 용량을 나타낼 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 낮은 전기전도도와 입자 파쇄현상으로 인하여 전해질의 분해가 가속화되어 성능이 열화되는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 개선시키기 위하여 전해질 첨가제를 도입하여 전극/전해질 계면의 개질에 따른 리튬 바나듐 옥사이드의 전기화학적 거동 특성을 보고자 하였다.
In traditional vehicles, a great amount of energy is dissipated by braking. In electric vehicles (EVs), however, electric motors can be controlled to operate as generators to convert kinetic and potential energy of vehicles into electrical energy and store it in batteries. In this paper, the relationship between regenerative braking factor and battery final SOC is derived and the final SOC from the relationship is compared to that from simulation. Two types of braking algorithms are introduced and applied to an EV, and the final SOC derived from simulation is compared to that derived from the relationship.
This research paper describes the development of battery charger with a variable output voltage capacity for charging the batteries used in electrical vehicles. The voltage and current accordingly is control via the buck converter that receives three phase current at primary side and fed to bridge rectifier which is comprised of full bridge converter and HFTR(High Frequency Transformer) for isolation and a square wave AC output. The transformer primary side is in series to divide certain charging current and the secondary side is comprised of six fix transformers so that they can generate certain amount of power and various output voltage through relay connection using 6 DC outputs. Moreover, all parallel connected full bridge serial resonant converter communicate together with upper(main) controller. The constructed structure is verified by conducting the test on PSIM as well as experimentally.
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.
In this paper, in-situ heat cooling with temperature monitoring is reported to solve thermal issues in electric vehicle (EV) batteries. The device consists of a thick graphene cooler on top of the substrate and a platinum-based resistive temperature sensor with an embedded heater above the graphene. The graphene layer is synthesized by using chemical vapor deposition directly on the Ni layer above the Si substrate. The proposed thick graphene heat cooler does not use transfer technology, which involves many process steps and does not provide a high yield. This method also reduces the mechanical damage of the graphene and uses only one photomask. Using this structure, temperature detection and cooling are conducted simultaneously using one device. The temperature coefficient of resistance (TCR) of a $1{\times}1mm^2$ temperature sensor on 1-$\grave{i}m$-thick graphene is $1.573{\times}10^3ppm/^{\circ}C$. The heat source cools down $7.3^{\circ}C$ from $54.4^{\circ}C$ to $47.1^{\circ}C$.
Inductive power transfer (IPT) systems have become increasingly popular in recharging electric vehicle (EV) batteries. This paper presents an investigation of a series parallel/series (SP/S) resonant compensation network based IPT system for EVs with further optimized circular pads (CPs). After the further optimization, the magnetic coupling coefficient and power transfer capacity of the CPs are significantly improved. In this system, based on a series compensation network on the secondary side, the constant output voltage, utilizing a simple yet effective control method (fixed-frequency control), is realized for the receiving terminal at a settled relative position under different load conditions. In addition, with a SP compensation network on the primary side, zero voltage switching (ZVS) of the inverter is universally achieved. Simulations and experiments have been implemented to validate the favorable applicability of the modified optimization of CPs and the proposed SP/S IPT system.
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.
The continuous growth of electric vehicles has caused electric power shortages in conventional utilities owing to the charging of electric-vehicle batteries. In order to increase the capacity of these utilities, photovoltaic systems may be an appropriate solution because of their benefits. However, a large amount of loss is generated in a conventional charging structure using photovoltaic sources owing to the many power conversion processes. This paper describes a simple integrated battery charger that utilizes a PV generation system. Moreover, the system control algorithm is deduced by analyzing the operation modes in order to control the proposed integrated system. The proposed system and algorithm are verified by a 3.3-kW prototype, resulting in an increase in the efficiency of approximately 7% to 15% compared with the conventional system. And, to examine the feasibility of the proposed system, the simulation for multi-charger with various conditions are progressed.
Inductive Power Transfer (IPT) method becomes more and more popular for the Electric Vehicle (EV) battery charger due to its convenience and safety in comparison with plugged-in charger. In recent years, Lithium batteries are increasingly used in EVs and Constant Current/Constant Voltage (CC/CV) charge needs to be adopted for the high efficiency charge. However, it is not easy to design the IPT Battery Charger which can charge the battery with CC/CV charge under the wide range of load variation due to the wide range of variation in its operating frequency. This paper propose a new design and control method which makes it possible to implement the CC/CV mode charge with minimum frequency variation (less than 1kHz) during all over the charge process. A 6.6kW prototype charge has been implemented and 96.1% efficiency was achieved with 20cm air gap between the coils.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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