Son, M.;Lee, M.;Lee, K.;SunWoo, M.;Lee, S.;Lee, C.;Kim, W.
International Journal of Automotive Technology
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제8권5호
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pp.555-562
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2007
The Variable Valve Timing(VVT) system for high performance is a key technology used in newly developed engines. The system realizes higher torque, better fuel economy, and lower emissions by allowing an additional degree of freedom in valve timing during engine operation. In this study, a model-based control method is proposed to enable a fast and precise VVT control system that is robust with respect to manufacturing tolerances and aging. The VVT system is modeled by a third-order nonlinear state equation intended to account for nonlinearities of the system. Based on the model, a controller is designed for position control of the VVT system. The sliding mode theory is applied to controller design to overcome model uncertainties and unknown disturbances. The experimental results suggest that the proposed sliding mode controller is capable of improving tracking performance. In addition, the sliding mode controller is robust to battery voltage disturbance.
One of the most important devices in an underwater vessel is a propulsion system. It should be a quiet and efficient system for stealthy operations in the large mission area. Hence lead-acid battery system has been used to supply the energy to electric motor. Recent technological developments and improvements, such as polymer electrolyte membrane(PEM) fuel cell and lithium polymer battery and have created the potential to improve overall power and propulsion performance. An underwater vessel always starts their mission with a limited energy and is not easy to refuel. Therefore design of energy elements, such as fuel cell and battery, and their load distribution are important to increase the maximum operating time of underwater vessel. In this paper, the lead-acid battery/PEM fuel cell and lithium polymer battery/PEM fuel cell were suggested as propulsion system and their performances were analyzed by modeling and simulation using Matlab/Simulink. Each model concentrated on representing the characteristics of energy element depending on demand current. As a result the effect of load distribution between battery and fuel cell was evaluated and the operation time of each propulsion system was able to be estimated exactly.
자동차 전기장치 시스템을 최적화하기 위해서는 차량용 납축전지의 충전 및 방전 거동을 예측할 수 있는 모델링 기술이 필요하다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 차량용 12-V 납축전지의 충전 및 방전 거동을 예측할 수 있는 2차원 모델링을 수행하였다. 이 연구에 사용된 수학적 모델에는 전기화학반응 속도론, 전해질의 유동, 대류에 의한 이온의 전달현상, 전극의 시간에 따른 공극률의 변화 등이 고려되었다. 모델링의 신뢰성을 검증하기 위하여 방전 및 충전실험을 수행하였다. 방전실험은 $25^{\circ}C$에서 C/5, C/10 및 C/20의 방전율에 대하여 수행하였고, 충전실험은 $25^{\circ}C$에서 정전류-정전압 방법으로(제한전류 30A, 제한전압 14.24 V) 수행하였다. 모델에 근거하여 예측된 충 방전 거동은 충 방전 실험결과와 잘 일치하였다. 또한 2차원 모델링을 통하여 충 방전이 진행되는 동안 실제로 측정이 불가능한 납축전지 내부의 전류밀도, 전해액의 농도 및 충전상태(state of charge; SOC)의 분포를 예측할 수 있었다.
Recently, the trend of zero emissions has increased in automotive engineering because of environmental problems and regulations. Therefore, the development of battery electric vehicles (EVs), hybrid/plug-in hybrid electric vehicles (HEVs/PHEVs), and fuel cell electric vehicles (FCEVs) has been mainstreamed. In particular, for light-duty electric vehicles, improvement in electric motor performance is directly linked to driving range and driving performance. In this paper, using an improved design for the interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM), the EV driving range for the light-duty EV was extended. In the electromagnetic design process, a 2D finite element method (FEM) was used. Furthermore, to consider mechanical stress, ANSYS Workbench was adopted. To conduct a vehicle simulation, the vehicle was modeled to include an electric motor model, energy storage model, and regenerative braking. From these results, using the advanced vehicle simulator (ADVISOR) based on MATLAB Simulink, a vehicle simulation was performed, and the effects of the improved design were described.
Due to the environmental considerations and the energy crisis, there has been a revival of electric vehicles since 1960s. Research and development work concerning with electric vehicles (EVs) was becoming more intense in last decade. As compared with conventional internal combustion engine (ICE) cars, EVs have the advantages of clean, quiet, better energy efficiency, less maintenance and improving the load factor of electric power systems. However, EVs usually have a snort running range, bad acceleration performance and high initial cost. The main reason for these shortcomings is the low figure of energy density and the high per energy cost of battery at present technology state. So it is very important to optimize the overall drive system design with respect to the maximum utilization of battery, energy, motor torque and inverter power. This paper describes a demonstration model of electric car which is driven by 4-wheel direct method using the vector control.
리튬 이온 폴리머 전지의 사이클에 의한 용량 감소를 예측할 수 있는 1차원 모델링을 수행하였다. 이 연구에 사용된 수학적 모델에서는 전지 셀에서의 전기화학반응 속도론, 이온의 전달현상, 용량 감소 반응(parasitic reaction)을 고려하였다. 모델링의 신뢰성을 검증하기 위하여 LG화학에서 개발된 5Ah 급 리튬 이온 폴리머 전지의 사이클 성능을 측정하여 얻은 결과와 모델링의 결과를 비교하였다. 사이클 시험은 정전류 방전과 정전류-정전압 충전을 수행하였다. 방전 시험은 1C로 수행하였다. 충전상태(state of charge; SOC)의 범위는 1부터 0.2 사이에서 수행하였다. 충전실험은 정전류-정전압 방법으로(제한전류 10C, 제한전압 4.2 V) 수행하였고, 정전압 충전일 때 충전 전류가 50 mA에 도달하면 시험을 종료하였다. 전지의 용량측정은 사이클 시험이 시작전과 100 사이클마다 1C와 5C에서 용량을 측정하였다. 모델링에 근거하여 얻은 결과와 시험결과가 잘 일치하였다.
In the early design stage of underwater vehicles, it is important to estimate the vehicle's underwater motion performance. The key design elements for the motion are propellers, battery power, and underwater resistance of the vehicle. Small thrusters with motor and propeller are usually used for the UUV(unmanned underwater vehicles). In this study, a multiphysics thruster model combining electro-mechanical and hydrodynamics characteristics was proposed to estimate the thruster performance. To show the applicability of the mathematical model, an sample thruster was used for the derive the unknown parameters of thruster. Hydrodynamic parameters were calculated for a 3D geometry model of the propeller by ANSYS/CFX program. Finally, Matlab/simulink program was used for the numerical simulation to predict the thruster performance from the given voltage/current input to the motor. Also, proved validity of simulation model by experiment test. Test were done by 2 mode(middle/high speed, reverse). The thruster performance curves obtained from this simulation were confirmed to be similar with experiment results.
This paper proposes a new design method for electric scooter which can maximize the power efficiency at the given driving condition. The proposed method is designed with the electric and mechanical parameters and driving dynamics. These values are extracted from the dynamic and mathematical equations of the scooter. For validation, numerical simulation results are presented in this paper. As a result, the scooter achieved over 80% efficiency at 360 rpm at 1.42kw load. It is clear that the proposed method was verified through a 1.42kw numerical model.
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.
The aim of this study is to design a simulation model for an electric All-Wheel-Drive (AWD) tractor to evaluate the performance of the selected component and agricultural work ability. The electric AWD tractor consists of four motors independently for each drive wheel, and each motor is combined with an engine generator, a battery pack, and reducers. The torque data of a 78 kW-class tractor was measured during plow tillage and driving operation to develop a workload cycle. A simulation model was developed by using commercial software, Simulation X, and it used the workload as the simulation condition. As a result of simulation analysis, the drive system, including an electric motor and reducers, was able to cope with high load during plow tillage. The SOC (State of Charge) level was influenced by the output power of the motor, and it was maintained in the range of 50~80%. The fuel consumed by the engine was about 18.23 L during working on a total of 8 fields. The electric AWD tractor was able to perform agricultural work for about 7 hours. In the future study, the electric AWD tractor will be developed reflecting the simulation condition. Research on the comparison between the simulation model and the electric AWD tractor should be performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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