The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.4
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pp.531-537
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2018
This paper propose a bidirectional dc-to-dc converter employing dual inductor for current ripple reduction. Conventional bidirectional dc-to-dc converter uses a single inductor for two different modes; boost and buck; therefore it is difficult to satisfy the optimized inductance value for each mode. To improve this problem, the proposed converter adds two switches, a diode, and one inductor. By proper switching of the additional switch, the proposed converter operates with a inductor in boost mode, but it works with dual inductor in buck mode. Hence in both modes the proposed bidirectional converter can be operated with optimized inductance values. Most of all the optimized inductance in buck mode can reduce the current ripple and its effective value(rms), which are directly related to the temperature increase resulted in short lifetime of battery. To verify the validity of the proposed approach, we first analyzes the operation of the proposed converter theoretically, and implement computer-aided simulations and experiments using a prototype.
Son Yeong Jun;Park Gu Gon;Im Seong Dae;Eom Seok Gi;Yang Tae Hyeon;Yun Yeong Gi;Lee Won Yong;Kim Chang Su
한국전기화학회:학술대회논문집
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2005.07a
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pp.103-110
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2005
Fuel cell systems are consisted of various parts, for example fuel cell stack, fuel supplier, electrical converters, controllers and so on. Each components of system should have appropriate specification for their applications as well as simplicity. Because thermal load can be managed simply by using fans without any water cooling system, the air-cooled PEMFC is widely used in sub kW and around 1kW systems. The performance of an air-cooled system is highly dependent on ambient temperature and humidity. In this paper, the air-cooled PEMFC systems are developed and investigated to study the operating characteristics in the aspect of the thermal and water coupled management by the control of the axial fans and compressors. Various experiments were also conducted to get the cell voltage distribution, the relative humidity of the reactant gas and the thermal management by axial cooling fans, which cannot be observed in single cell experiment. After then, as practical applications, portable fuel cell system and a hybrid electric cart were successfully integrated and operated by using this air-cooled stack.
The outlet flow of the centrifugal blower were quantitatively visualized using particle image velocimetry. Because the centrifugal blower is one of the key parts of electric vehicle battery cooling system, the quantitative information of centrifugal blower is necessary to design and optimize the cooling system. The effect of different inlet flow condition to the outlet flow was investigated in this study. Two different inlet ducts were used. One is the straight inlet and the other is a bended one. The results clearly showed the outlet flow asymmetry in both inlet ducts. When the blower has the bended inlet, the flow rate decreases due to the increase of the head loss.
The Electric Power Subsystem (EPS) is one of the most critical systems on any satellite because nearly every subsystem requires power. This makes the choice of power systems the most important task facing satellite designers. The main purpose of the Satellite EPS is to provide continuous, regulated and conditioned power to all the satellite subsystems. It has to withstand radiation, thermal cycling and vacuums in hostile space environments, as well as subsystem degradation over time. The EPS power characteristics are determined by both the parameters of the system itself and by the satellite orbit. After satellite separation from the launch vehicle (LV) to its orbit, in almost all situations, the satellite subsystems (attitude determination and control, communication and onboard computer and data handling (OBC&DH)), take their needed power from a storage battery (SB) and solar arrays (SA) besides the consumed power in the EPS management device. At this point (separation point, detumbling mode), the satellite's angular motion is high and the orientation of the solar arrays, with respect to the Sun, will change in a non-uniform way, so the amount of power generated by the solar arrays will be affected. The objective of this research is to select satellite EPS component types, to estimate solar array illumination parameters and to determine the efficiency of solar arrays during both detumbling and normal operation modes.
Application of residential demand response (DR) programs are currently realized up to a limited extent due to customers' difficulty in manually responding to the time-differentiated prices. As a solution, this paper proposes an automatic home load management (HLM) framework to achieve the household minimum payment as well as meet the operational constraints to provide customer's comfort. The projected HLM method controls on/off statuses of responsive appliances and the charging/discharging periods of plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) and battery storage at home. This paper also studies the impacts of different time-varying tariffs, i.e., time of use (TOU), real time pricing (RTP), and inclining block rate (IBR), on the home load management (HLM). The study is effectuated in a smart home with electrical appliances, a PHEV, and a storage system. The simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed HLM program. Peak of household load demand along with the customer payment costs are reported as the consequence of applying different pricings models in HLM.
A DC-DC converter is being widely used for various household appliances and for industry applications. The DC-DC converter is powered from single battery, and the voltage is varied according to the purpose. In the vehicle, various accessories whose electric power is different are being used. Thus, plural number of DC-DC converter should be provided, so these situations bring complicated circuits, and accordingly, higher cost. Under such backgrounds, in this paper, we propose a novel buck-boost chopper circuit with simply configuration which can supply to two or more different output loads. The propose chewer circuit can control output voltages by controlling duty ratio by using typically two switching devices, which is composed by single boost-switch and single buck-switch. The output voltage can be controlled widely. A few modified circuits developed from the fundamental circuit are represented including the general multi-load circuit. And all this merits and appropriateness was proved by computer simulation and experience.
A family of non-isolated DC-DC three-port converters (TPCs) that allows for a more flexible power flow among a renewable energy source, an energy storage device and a current-reversible DC bus is introduced. Most of the reported non-isolated topologies in this area consider only a power consuming load. However, for applications such as hybrid-electric vehicle braking systems and DC microgrids, the load power generating capability should also be considered. The proposed three-port family consists of one unidirectional port and two bi-directional ports. Hence, they are well-suited for photovoltaic (PV)-battery-DC bus systems from the power flow viewpoint. Three-port converters are derived by combining different commonly known power converters in an integrated manner while considering the voltage polarity, voltage levels among the ports and the overall voltage conversion ratio. The derived converter topologies are able to allow for seven different modes of operation among the sources and load. A three-port converter which integrates a boost converter with a buck converter is used as a design example. Extensions of these topologies by combining the soft-switching technique with the proposed design example are also presented. Experiment results are given to verify the proposed three-port converter family and its analysis.
We analyze the failure rate change of a conventional bidirectional converter and a modified one which moves an output capacitor towards propulsion battery. We analysis of the circuit structural homogeneity and the difference between both converters, and confirm that the capacitor working voltage is reduced by changing the capacitor position. After obtaining the capacitor failure rate according to voltage stress factor and operating temperature, it is applied to the fault-tree of the bidirectional converter to obtain the overall failure rate of the converter. We analyzes the advantages and disadvantages of design changes by comparing and analyzing the failure rate and mean time between failures (MTBF) according to operating temperature and capacitance value.
Rhee, Hyop-Seung;Im, Hyuck-Soon;Manongi, Frank Andrew;Shin, Young-In;Song, Ho-Won;Jung, Woo-Kyun;Ahn, Sung-Hoon
Journal of Appropriate Technology
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v.7
no.2
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pp.127-135
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2021
To respond to the threat of global warming, countries around the world are promoting the spread of renewable energy and reduction of carbon emissions. In accordance with the United Nation's Sustainable Development Goal to combat climate change and its impacts, global automakers are pushing for a full transition to electric vehicles within the next 10 years. Electric vehicles can be a useful means for reducing carbon emissions, but in order to reduce carbon generated in the stage of producing electricity for charging, a power generation system using eco-friendly renewable energy is required. In this study, we propose a smart electric mobility operating system integrated with off-grid solar power plants established in Tanzania, Africa. By applying smart monitoring and communication functions based on Arduino-based computing devices, information such as remaining battery capacity, battery status, location, speed, altitude, and road conditions of an electric vehicle or electric motorcycle is monitored. In addition, we present a scenario that communicates with the surrounding independent solar power plant infrastructure to predict the drivable distance and optimize the charging schedule and route to the destination. The feasibility of the proposed system was verified through test runs of electric motorcycles. In considering local environmental characteristics in Tanzania for the operation of the electric mobility system, factors such as eco-friendliness, economic feasibility, ease of operation, and compatibility should be weighed. The smart electric mobility operating system proposed in this study can be an important basis for implementing the SDGs' climate change response.
Lithium secondary batteries have been widely used in the portable electric devices as power source. Recently it is expected that the realm of its applications expands to the markets such as energy storage medium of hybrid electric vehicle(HEV), electric vehicle(EV). Cathode active material is crucial in terms of performance, durability, capacity of lithium secondary batteries. It is urgent to develope the technology for mass production of cathode material to cope with the markets' demands in the near future. In this study, a calcination furnace running in real production line is modelled in 3D, and the thermal flow and gas flow after chemical reaction in the furnace is analyzed through numerical computations. Based on the results, it is shown that large volume of $CO_2$ gas is generated from chemical reaction. High concentration of $CO_2$ gas and it's stagnation is clearly found from the reactant containers in which the reaction occur to the bottom area of the furnace. It is also studied that 15% or more $CO_2$ mol fraction could affect to proper formation of $LiCoO_2$ through TGA-DSC analysis. The solutions to evacuate carbon dioxide from the furnace are suggested through the change of furnace design and operating condition as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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