Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er   Scie nce   Vo l.   1 3 ,  No.   3 ,  Ma rch   201 9 , p p.   1 031 ~ 1 0 3 8   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 3 .i 3 .pp 1 031 - 1 0 3 8          1031       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Perform ance ana lysis of  su percap ac it ors f or trans portati on   ind ustry       Vinoth  Jon ath an   N agar ajah 1 , H ui  Jin g  Le e 2 , K in g  G uan  Tan 3 ,  Nathaw at Khunpr as it 4   1 ,2 Instit ute of  Po wer  Engi n ee r ing   (IPE),   Coll ege o f  Engi n ee ring ,   Univer siti   T ena g a Nasional   (UN IT EN),   Mal a y sia   3,4 SC OM I  Rai l Bhd,  Jal an  Mon ora il,  Kg Sunga i   Choh,   Se la ngor ,   Malay si a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Oct   5 , 2 018   Re vised  D ec  1 ,  2018   Accepte d D e c   25, 201 8       Monitori ng  dev i ce   is  essent ia l   to   ensure   a  r el i able  and  a   health y   li fespa n  of   the   ene rg y   s torage  s y st em.  Hen c e,   a  m onit or ing  devi c e  is  n ee d ed   to  m onit or   the   state  of  hea lth  and  stat e  of  ch arg e  of  a  Superc apa c it o r.   Thi s  proje c t  ai m s  to  demons tra te   a   m et hod  to  m onit or  Superc ap ac i t ors  using  a  m ic roc ontrol l er   in  both  har dwa re  and  softwar e  appr oa che s.  The   da ta   was  succ essfu l l y   col l ec t ed  b y   an   o nli ne   platform   c al l ed  Th ingSpeak.   Ke yw or ds:   IoT   Mon it ori ng    Stat e o f  ch a rge     Stat e o f  h eal th   Superca pacit or s   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed.   Corres pond in g  Aut h or :   Vinoth  Jonat ha n Nag a ra j ah ,    In sti tute  of P ower  Enginee rin g (I P E),   Coll ege  of   En gi neer in g,  U nive rsiti  Ten a ga Nasi onal  (U NITEN ),   43000 Ka j a ng, Sel ango r,  Mal a ysi a.   Em a il :  vin oth . jon at han@ gm ail.co m       1.   INTROD U CTION   To day,  the  use   of   el ect ric  veh ic le s  has  be com e  m or e  po pu la r  he nce  an  eff ic ie nt  en e rg y  stora ge   syst e m   (ESS )  is  req uire d  f or  ener gy  sto rage  to  dr ive  the  el ect ric  m oto r.   Su pe rcap aci t or  (S C)  is  com m on ly   us e d  due  to   it s  high - powe r  de ns it y,  fast  cha r ging  an d  dis ch arg i ng   ca pa bili ty   and   relat ivel y  lon g - li fe  cy cl e.  SC   was  fir st  pate nted  at   Ge neral   Ele ct ric  Corpor at io n  by  Be cker   in  1957  w her e  a  l ow  volt age  el e ct ro ly ti c   capaci tor  with  por ou s  ca rbo n  el ect ro de  was  est ablished  [1 ] .  An   el ect rical   energy  stora ge   of   the  SC  was   then   est ablished   by   sci entist s  at   Stand a r d  Oil  of   O hio   (SO HIO)   i n  1966   [2 ] .  A n  el ect ro ly ti c  capaci tor  with   act ivate d  car bon  el ect rodes  w as  then  patente d  in  19 70   by  Donald  L .  Bo os  [3 ] .  Pa nas on i c  then  create d  SC  of  Go l dcaps with strong  ene r gy  s ource f or  m e m or y bac kup  a ppli cat ion s  i n  1978 [4].  Lat er  o n,  in  1 98 7,   c om pan y  ELN A  introd uc ed  the  “Dyn acap”  capaci to r  wh ic h  was  the  first  ge nerat ion   on  Ele ct rical   Do uble   Lay er   Ca pacit or   ( ED LC)   with  a  lim it ed  a m ou nt  of   discharge  s ue   to  it s  hig h  int ern al   resist a nc e  (I R )  [ 5].  T his  has  lim it ed  it s  app li cat ion   to  a  l ow   c urren t  uti li zat ion   su ch  a s  su pply ing   e ne rg y  f or   a  Stat ic - Ra ndom   A ccess  Mem or y (SR A M) ch i p or f or  data b ac kup p urp os e.     In   1980’s ,  sci entist   disco vered  m at erial s   t o  increa se  the   capaci ta nce  of   a  SC.  Also,  to   reduc e   equ i valent  se r ie s  resist ance   (ESR),  sci e nt ist s  create d  e le ct ro ly te s  with  be tt er  co nd uctivit y  wh ic h  wil l   therefo re  inc re ase  the  c ha rg e   an d  discha r ge   cu rr e nt  [ 6].  I n  the  sam e  ye ar,  SC  with  l ow  IR  was  us e d  i n  th e   m ilit ary  app li cat ion s  by  Pin na cl e  Re se arch   In sti tute  (P R I)  wh ic h  is  nam ed  as  “PRI  Ult ra - ca pacit or ”  [ 7].  In  1992,  Ma xwel l  la bo rat or ie s  t hen   re br a nd e d  “PRI  Ultra - ca pacit or ”  t o  “B oo st  Ca ps ”.  A n  Ele ct ro ly ti c - Hybr i d  Ele ct ro c hem ical  Ca pacit or   w as  create d  by  Dav i d  A  [ 8].  I n  1994,  a n  an od e  of   200  V  hi gh  volt age  ta ntalum   el ect ro ly ti c  capaci tor   was   im ple m ented  he nce  the   feat ures  of   el ect r oc hem ic al   capaci tors  a nd  el ect ro ly ti c  capaci tors  we r e  com bin ed  [ 9] .  The  in ve ntio n  of  this  featu r e  is  cal le d  the  “C apatt ery”  w hich  it   has  five   tim e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 ,  Ma rc h   201 9   :   1 0 3 1   –   1 0 3 8   1032   the  ene rg y  value  of  a   c om par able  ta ntalum   e le ct ro ly ti c  capaci tor  [ 10] .  Th e  li thium - ion   SC  was  le d  by  F DK  i n  2007.  They  f use   an   el ect ro sta t ic   carbo n  el ect rode  with  pre - dope d  li thium - ion   el ect r oc he m ic al   el ect ro de   [ 11 ] .  This  in  retu rn  create s  a  hi gher  ca pacit anc e  value .  To da y,  ap plica ti on   of   SCs  is  w idely   found  i n  the   trans portat ion i ndus try  s uc h  a s bus, t ram s syst e m  an d  t he re gen e rati ve b rea king in  r ai lway  syst e m s [ 12] .    The  pur pose  of  balancin g  in   SC  is  t o  pr e ven t   over volt age  durin g  t he  chargin g  proc ess  of  SCs .   Ov e r vo lt age   w il l  red uce   the  li fesp a n  of  SC  or  in   the  w or st  c ase  it   will   le ad   to  the   de struct ion   of  SC.   Ty pe s  of   SC  balancin g  inclu de  passi ve   balancin g  us i ng   re sist or s ,  act ive  balancin g  with  Buc k - B oo st  ba sed  balancin g,   fly back  co nver te r  bala ncin g,  m ul ti - wind i ng  trans form er  ( M W T)   an d  m ulti - trans form e r  s huntin g  bal ancin g  (MTS)  [ 13] .  F or   pa ssive  bala ncin g  with  resi stor,   on e  c om pr om ise   that  has  to  be  m ade  is  the  tim e   req uir ed  to  balance  SC  ve rsu s  t he  le aka ge   current  [ 14] .  As  f or   t he  Buc k - B oo st  base d  act ive  balanci ng,  bo t h  over vo lt age   and   unde rvolta ge  will   be  sens ed  an d  trans ferred  to  the  a dj a cent  cel ls.  Howev e r,   the  ci rc uit  is  big   and   r equ i re s   an  acc ur at e  vo l ta ge  m on it or in g.   Fly back   co nverter  b al a ncin g uses the  p ac k t o  cel l ene rg y  trans fer .  Mo nitor i ng   of   eac h  SC  is   no t  require d;  to  balanc e  n  num ber   of   cel ls   in  series,  n - num ber   of   diod es  an d  n+ 1  c ouple d  inducto rs  are  r equ i red.  M W T   m akes  balanci ng   sim pler  as  it   do es  not  requ ire  a  volt age  s ens or .  O n  the  oth e r   hand, M TS i nvolv es  sev e ral tr ansfo rm ers  hence t he desig n would  b e  cost ly  [ 1 5].   To  m ai ntain  th e  secu rity   and  reli abili ty   of   S Cs,  SCs  s houl d  be  m on it or e d  by  a  m anag e m ent  syst e m   wh ic h  inclu de   the  har dwa re  and   s of t war e  un it s.  It  is  us e d  for  m on it or ing,  sta te   est i mati ng   an d  bala ncin g.  Tem per at ur e  and   vo lt age  are   m easur ed  to  ens ur e  tha t  the   el e m ents  do   no t  excee d  the   m axi m u m   operati ng  range,  this  is  essenti al   to  ens ur e  the  sa fety   of   syst em   and   us ers .  To  pro ve   the  auto no m y  of   the  SC  syst e m ,   inf or m at ion   ab ou t  the  sta te   of  charge  ( SO C )   of   t he  syst em   is  need e d.   T o  ens ur e  that  SC   do e s  not  ne e d  early   rep la cem ent,  sta te   of   sta te   of   healt h  ( SOH )  is  to  be   m on it or ed  i n  the  syst e m .  Scan ning  capaci tor  m ic ro sc opy   (S CM ) req uire s m easur ed dat a su c h  as  volt ages,  curre nt a nd tem per at ur e  to  est im at e the stat e o f  t he  cel l  [16 ] .    On e  way  of  m on it ori ng  SCs  i s  by  us in g  a  m ic ro co ntro ll e r  co nn ect e d  to   m ulti ple  senso rs  t o  gathe r   diff e re nt  ty pes  of  d at a  [17].  By   con str uctin g  a  so ftwa re  to  be   up loa de d  to  the  m ic ro co ntr ol le r,   this  data  can  be   us e d  to g e ner at e the SO C an d SO H  of the SC . A r duin o  m ic r ocontr oller is com m on ly  u sed  to  m on it or  SC s.  T o  ai d  the  uploa din g  proce ss  of   pro gr am s  to  th e  on - c hip   flash   m e m or y,  Ar duin os   a re  program m ed  with  a  bo ot   loade r  cal le d  “Op ti bo ot”.  A   com pu te r  is   us e d  to   loa d  t he  pro gr am   cod e   int o  the   Ardu i no  via  a   serial  connecti on.  N ew  m od el s  of   Ar duin o  are  pro gr am m ed  us ing   U niv e rsal   Serial   Bus  (U SB) .  Othe r  ty pes  of  Ardu i no  su c h  as  Ardu i no   Mi ni  us e  a  detac hab le   US B  to  serial   program m ed  us in g  it s  ind ivi du al   in - c ircuit  serial   program m ing   (I CS P)   he ader.  He nce,  this  pap e r  pres ents  on  the  m on it ori ng   res ul t  us ing   a n  A rduin o  m ic ro co ntro ll e r.   By   us in g  th e  Ardu i no   bo a rd   c onnected  t o  exter nal  sh ie lds  su c h  as  cu rr e nt  sh ie ld,  volt age   sh ie ld,  Et herne t  sh ie ld,  butt on   and   a  relay ,  a   m on it or in g  sy stem   can  be  co ns tr ucted  to  m on it or  the  S O C  and   SOH  of  SCs.  The  m o nitor i ng  syst em   can  util iz e  an  inter net  of  thin g  (IOT)   base d  cl oud  data  c ollec ti on   a nd  stora ge  syst e m .  Su c h  i m ple m entat ion   w ould   be  m ade  app li cable  in  the  reg ene rati ve  bra king  in  trans po rtat ion  industry.        2.   MO NITO RING OF  S UPER CA P CITO R   This  re searc h  work  wa s   un de rtake n  to  m on it or   t he  S OC  and  SOH  of  S Cs  with  bo t h  ha rdwar e   an d  so ft war e   de ve lop m ent.  This   com bin at ion  will   be  a ble  t o  m on it or  the   SCs  by  us i ng  a  m ic ro co nt ro ll er  connecte d  to  m ul ti ple  sensors.   T he  data  w il l  then  go  th r ough  the  software  w her e  t he   sens or’s  data   will   be   interp reted  an d  disp la ye d  on  the  serial   m o nitor.  Figure  1  sh ows  the  flo wch a rt  of   the  ov e rall   desig n  of   t he   syst e m  u sed  t o ea se the  flo w o f har dw a re  pro gr am m ing .    The  s of t war e  us e d  to  pro gra m   the  Ard uin o  Me ga  is  a n  op e n  s ource   Ard uino  s of t war e .  T hi s   workflo w  in volves  init ia li zat ion ,  idle  sta te ,  chargin g  st at e,  after  cha r ging  sta te ,  dis chargin g  sta te ,   after  discha rg i ng  st at e,  over volt ag e  sta te ,  data  c ollec ti on   by  Mi cro S D  ca rd  an d  data  coll ect ion   on  T hingS peak.  Durin g  the  init ia li zat ion   pr oc e ss,  the  Ard uino  will   ver ify   if  a  Mi cro SD   ca rd   is  instal le d.   This  is  to  m ake  su r e   al l  the  data   co ll ect ed  is  rec orde d  f or   secu r it y  and   reli abi li ty   pu r poses.   The  i dle  sta te   sh ows   that  SCs  are   wait ing   t o  be  charge d  or  discharge d  w here   bo t h  the  c urre nt  an d  vo lt age   inf or m at ion   w il l  be  disp la ye d.   T he   loop  will  r un i nf i nite t i m es ti l l i t detec ts a ch arg i ng curre nt  or d isc hargin g cur ren t.     Wh e n  the  Ard uino  detect s  a   cur r ent  of  m or e  than  0.9  A  from   the  po we r  source  it   will   be  in  the  chargin g  sta te .  Af te r  t he  SCs  are  cha r ged   a nd  the  Ard uino  detect s  that  the   current  is  le ss  than  0.2  A,   it   will   be   in  the  afte r  cha rg i ng   sta te   where  it   will   disp l ay   the  healt h  of  each  SC  as  w el l  as  us in g  E quat ion  1  t o  cal culat e  and   disp la y  th e  tim e   ta ken   to  charge  the  SC s.  Wh en  the  S Cs  are  connect ed  to  a  load  a nd  ha ve  a  disch arg i ng  current  of   m ore  than  0.4  A  it   will   be  in  the  discha rg i ng   sta te .  Durin g  the  discha rg i ng   sta te ,  the  est i m at e   tim e   to  disc harge   th e  SC  will   be  c al culat ed  a nd  di sp la ye d  us in g  Eq uation  1.  Aft er  the  disc hargin g  is  c om pl et e  an d  the  curre nt  sensor  detect s  a  current  of  le ss   than  0.2  A,   it   will   be  in  the  after  discha r gi ng   sta te   wh e r e  the  Ardu i no  will   ind ic at e  t hat  th e  disc hargin g  i s  com plete .  D ur i ng  eve ry  sta te ,  the  vo lt a ge   of  eac h  SC,   volt age  su m  o f  al l t he   SCs an d  c urre nt   will  b e  recor de d  a nd d is play ed.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &   Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Perf orma nce  analysis  of s upe rca pa ci tor s for  tra ns port ation i ndus try   ( Vin ot h  Jo nath an N agaraja h )   1033       Figure  1 .   Wo r k flo w of o ve rall  syst e m       The  com pone nt s  con sist   of  a n  A rduin o  Me ga,   c urren t  se nsor  s hield,  volt age  sen sor  sh i el d,   Ethe rn et   sh ie ld  with  Mi croSD   car d  sl ot   and  a  Re la y.  Fu ll   ci rc uit  co ns tr uction  of   t he  m on it or i ng  syst e m   pr ot otype  is   sh ow n  in  F ig ure  2  a nd  F ig ur e  3.   T he  m on it or i ng   syst em   c on sist s  of   an  Ardu i no  Me ga ,  Ether net  s hie ld  with   SD   ca rd,  f our  vo lt age   se ns or s,  tw o  c urren t  sens or s ,  relay ,  pu s h  butt on  an d  a  L ED.  F our   volt age  se nso rs  ar e   us e d  to  m on it or   volt age  of  each  in div i du a l  SC.  Curre nt  sens or s  a re  use d  to  m on it or  the  c hargin g  an d  discha rg i ng  c urre nt.  A  relay   is  co nnect ed  to  the  pow er  so urce  a nd  s uperca p1  to   bre ak  the   ci rc uit  if  an   ov e r vo lt age  oc cur s . A   re d  LE D  is use d  to i ndic at e w he n  a n ov e r vo lt age  oc cur s . Besides ,  a p ush  butt on   is used  to r eset  t he  ci rc uit after t he o ve rvolta ge has  be en  cl eare d  t o a l ow e r v oltag e (< 6. 1 V).           Figure  2 .   Proto ty pe  sk et c h     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 ,  Ma rc h   201 9   :   1 0 3 1   –   1 0 3 8   1034       Figure  3 .   Desi gn of  fu ll   proto ty pe       el a psedTime = mil li s − st a r t Time   (1)     To  cal culat e  the  capaci ta nce   of   eac h  in divi du al   SC,  E qu at ion   2  is  us e d.   “C ca p”  is  the  cal culat ed   capaci ta nce,  “ I ”  is  the  current   us ed  t o  cha r ge   the  SCs,  “t 2”   is  the  value  st or e d  in  var ia ble  “fu ll Tim e”,  “ t1”  is  the  value  sto re d  in  va riable  “ capTim e”,  “V2 ”  is  the  data  store d  in  f un ct ion   cal le d  “v ol ta geCha nge () ”   and  “V1 ”   is  the   da ta   store d  i n  f un ct io n  cal le d  “i niti al Vo lt ag e”.A fter  cal c ulati ng   t he  ca pa ci ta nce  of  eac h  SC ,  Eq uation  3  is  use d  t o  cal culat e  the  healt h  of  each  SC .  Ra te d  ca pacit ance  i s  the  rated  ca pa ci ta nce  gi ven  by  the   m anu fact ur e r.   The  “e”  v al ue  will  b e set t o  z ero.     C cap = I ∗ ( t 2 − t 1 ) V 2 − V 1   (2)     C % = 100 − ( ( rat e d   c a pac itance − C c ap rat e d   c a pac itance ) × 100 )   (3)       3.   RESU LT S   A ND AN ALYSIS     The  SCs  we re   te ste d  to  ver i fy  that  they   ha ve  a  ca pacit ance  value  of   3200  F .  It  is  si gn i ficant  t o  identify   a nd  ve rify  the  i niti al   value  of  cap aci ta nce  as  th e  m on it or in g  process  re qu i r es  an  acc urat e  init ia l  read i ng   of   the  SCs.  Ne xt,  se nsors  te sti ng  wa s  cond u ct ed.   S ens or s  te sti ng  was  co nducte d  to  ens ur e  acc ur at e   read i ng s  a re  m easur e d  by  the   sensor  to  be  use d  in  the  m on it or in g  syst e m .  Finall y,  resu lt s  and   fi nd i ngs  from   fu ll   prototype  test ing  is  prese nted.    To  ver ify   t he  c apacit ance  of  the  SCs .  A   co nst ant  cu rr e nt  s ource  is  us e d  t o  c harge  the   S Cs  to  2.5   V   each.  A  m ultim et er  was  us e d  in  par al le l  to   m on it or   t he  volt age  c hange  of   t he  SCs.  Th e  const ant  c urr ent  us e d  was  3  A .  Mult iple  exp e rim en ts  wer e  carrie d  out  to  get  a  m or e  accurat e  read in g.   Ta bl e  1  sh ows  the   F inal  vo lt age s  ( V)   a nd   Tim e  Taken   (m inu te s)  aft er  a  co ns ta nt  c urren t  of   3  A  was  use d  t o  ch arg e  t he  SCs  t o  10  V.  Eq uation  1  is  us e d  to  cal cula te   total   capaci t ance  of  the  SC s.  This  f orm ul a  was  ta ke n  from   the  te st ing   m anu al   of   S kelet on  T echnolo gies’  S up e rca pac it or.   Ti m e  ta ken   ( m inu te s)  is  co nv e rted  t o  sec onds   to  be  use d  in   equ at io n  as   2 .  It  is  obser ve d  t ha t  the  total   m easur e d  ca pacit an ce  in  series   is  a bove   80 0  F .  T his  s hows   that  the   3200  F   SCs  are  healt hy  a nd  are   m anu f act ur e d  acc ordin g  to   s pecif ic at ion .  F orm u la   to  cal c ula te   total  capaci ta nce i n serie s is  giv e n i n  eq uatio n 4.      C tot a l = 1 1 C 1 + 1 C 2 + ⋯ 1 C n   (4)     A  vo lt ag e  se nsor   s hield  was   us e d  t o  m on i tor  i nd i vidual  vo lt age s  of  th e  SCs.  The   vo lt ages  we re  m on it or ed  t o  pr e ve nt  an   ov ervolt age.   O ve rvolta ge  ca us e s  a  re duced   li f espa n  on  a  S C.  Table   1  shows  th e   vo lt age  se nsor   sh ie ld  te sti ng  on   a  sin gle  SC  and   is  val idate d  us i ng   a   m ultim et er.  Percen ta ge  of  error   is   cal culat ed  a nd  rec orde d  in   th e  sam e  ta ble.  Perce ntage  of  error  is  giv e n  by  the   f or m ula  in  e quat ion  4.3.  A s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &   Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Perf orma nce  analysis  of s upe rca pa ci tor s for  tra ns port ation i ndus try   ( Vin ot h  Jo nath an N agaraja h )   1035   seen  in  Ta ble  1,   the  per ce nta ge  of  er ror  de c reases  as  the  volt age  inc rease s.  The  per ce nt age  of  er ror  does  no t  go abo ve 5%  wh ic h  is t he  m axim u m  acceptable er ror fo r  t his  proj ect .         Table  1 . Perce ntage E r ror  F or Volt age  Se nsor   No   Vo ltag e Sen so r  readin g  ( V)   Multi m ete r  readin g   (V)   Percentag e of   err o r  (%)   1   0 .21   0 .20   5 .00   2   1 .05   1 .20   4 .20   3   2 .60   2 .50   4 .00       In   t his  resea rc h  w ork ,  f our  S Cs  wer e  cha rged  to  a   su m   of  6  V.   Vo lt a ge  read i ng s   we re  then  ta ken  us in g  a  dig it al   m ultim et er  and   f our  vo lt age   sens or s .  A n  ACS  71 2  cu rrent  sens or  was   us ed  t o  m on it or   t he   current  that  flo wed   from   the  so urce  to  t he  S C  durin g  cha r gi ng   a nd   m on it or   t he  cu rr e nt  that  flo we d  f rom   the  SC  to  the  load  duri ng   disc ha rg e .  Ex per im ent  was  do ne  by  chargin g  f our  series  co nne ct ed  32 00F  SCs  at   diff e re nt  curre nt  values .  Re s ults  from   m ul t iple  te sts  wer e   recorde d  in  T able  2.   It  wa s  ob se r ved   t ha t  the   per ce ntage   of  error  wa s  le ss   than   5  %.   T he   pe rcen ta ge  of   er ror  of  the   c urren t   sen sor  was  2.9  %.  Th is  value  can  be ob ta i ne d by us i ng e quat ion   4.     %   er ror = | mult imet e r   rea din g − sens or   re a din g multi meter   re a di n g | × 100%   (5)       Table  2 .  Perce ntage  Er ror  F or Cu rr e nt Se nsor   No   Cu rr en t Sens o r  readin g  ( A)   Multi m ete r  readin g   (A)   Percentag e of   err o r  (%)   1   1 .03   1 .00   3 .00   2   2 .07   2 .00   3 .30   3   3 .09   3 .00   2 .90       Mon it ori ng  sta te s  of   t he  f ull  prot otype  te sti ng  in volve:  idle  sta te ,  chargin g  sta te ,  after  c ha rg i ng   sta te ,  discha rg i ng   sta te ,  and   ove rvol ta ge  sta te .  The  exp e rim ents  c onduct ed  are  c harge d  at   a  con sta nt  cu rr e nt  of   3A   ti ll   a  m axi m u m   ov ervolt age  sta te   of   6.3  V.  A  1.1  Ω,   10  W   resist or  is  us e d  to   disc harge  th e  SCs  ti ll   40 0  m V.   Figure  4  to   F ig ur e  7  sho w  the   li ve  vol ta ge  re adin gs   of  each   SC  w hile  F ig ur e  8  sho ws  th e  volt age  s um   of   a l l   the  SCs.  T he  c hargin g  a nd   di s chargin g  c urr ents  a re  s how n  in  Fig ur e   9  a nd  Fig ure  10.   I n  F ig ure  11,   if   relay   sta tus  shows  “ 1”,   this  is  to  in dicat e  that  the  relay   has  bee n  tripp e d  an d  a n  ov e r vo lt age  ha s  occurre d  wh i le   “0”  ind ic at es  that  the  relay   is  cl ose d  an d  the  ci rc uit  is  op e rati ng  norm al l y.  Vo lt age  gra ph  f or   seco nd   SC   as  s ho w n  in Figu re  5   a nd Volt age  gr a ph  for  t hir d  SC   a s  shown i n  Fi gu re  6.           Figure  4. V oltage  gr a ph fo r  fi r st SC       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 ,  Ma rc h   201 9   :   1 0 3 1   –   1 0 3 8   1036       Figure  5. V oltage  gr a ph fo r  se cond SC           Figure  6. V oltage  gr a ph fo r  th ird SC           Figure  7.   V oltage  gr a ph fo r  f ourt h  SC           Figure  8. V oltage  gr a ph fo r  s um  o f  fou r  SC ’s  volt age   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &   Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Perf orma nce  analysis  of s upe rca pa ci tor s for  tra ns port ation i ndus try   ( Vin ot h  Jo nath an N agaraja h )   1037       Figure  9. Cha r ging c urren t  gr aph           Figure  10. Dis chargin g  c urre nt gra ph           Figure  11. Rel ay  stat us       4.   CONCL US I O N     This  pap e r  m on it or s   the  sta te   of   c ha rg e   an d  s ta te   of   healt h  of  s up e rcapa ci to r  usi ng  a n  A r duin o  Me ga   m ic ro co ntro ll e r.   T he   sen sors   co ns ist ed   of  four  volt age   s ens or s   an d  t w o  c urre nt  se nsors .  Ard uino  Me ga  processe d  the  data  colle ct ed  from   the  sens or   an d  able  t o  pr od uce  an  a ccur at e  sta te   of   charge  an d  s ta te   of   healt h  of  the   su pe rcap aci t ors.  T he  m on ito ri ng   syst em   is  hen ce  able   to  pr e ven t  the  overc hargi ng   of  su pe rca pacit or.   This  will   ens ure  that  th e  s upercapacit or  operates  at   a  f ull  li fesp an .  T he  da ta   was  c ollec te d  by  an  on li ne   platf or m   cal le d  Thi ngSp ea k  w hich  e nab le d  the  end  us e r  to   vi ew  the  sta te   of  cha r ge  a nd   s ta te   of  healt h of su pe r capaci tors i n l ive  data.        ACKN OWLE DGE MENTS   We th a nk  Un i ve rsiti  Ten a ga Nasi onal  inte rnal  g ra nt RJ O10 289176  f or  t he supp or t.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 ,  Ma rc h   201 9   :   1 0 3 1   –   1 0 3 8   1038   REF ERE NCE S    [1]   H.  I. Be cke r .   “ L ow vol ta g e el e ctrol y ti c   c apaci tor , ”  Unit ed  St at es  Pate nt   US 2800616A ,   1957.   [2]   R.   A.   Right m ire,   “ El ectri ca l   en er g y   storage a pp ar at us,”   US   Pate n t   3288641,   1966.   [3]   Conwa y ,   Bria n  Eva ns .   "Tra nsi tion  from   ' Superc apa c it or '   to  ' B at t er y '   B eha v ior  in   El ectroc h emical   Ene rg y   Storag e "   Ma y   1991,   J. Electroc h em.  Soc .   1 38,   vol   6,   pp  153 9 – 1548.     [4]   Conwa y ,   Bri a n  Eva ns .   “ El e c troc hemic al   S uper ca p acitor s:   Scie nt ific  F undamenta ls  a nd  Technol ogi ca l  Applic a ti ons ”  19 99.   Ber li n ,   Sprin ger .   pp .   1 – 8.     [5]   F.  Elzbieta ,   Bé guin  Franc ois .   “ Carbon  m at er ia l s  for  the   elec tr oche m ic a l  stora ge  of  ene rg y   in   ca p ac i tors”   M a y   20 01,   Carbon ,   V ol  39   (6) ,   pp .   93 7 – 950.   [6]   L.   Despotu li ,   A. V  Andree va .   "A dvanc ed   Carbon   Nanostruc tur es"  for  "A dvanc ed   Superc ap ac i tors:  W hat   Does   i t   Mea n ? " Febru ar y   2011.   Nanosci enc e   and   Nanot e chnol og y ,   Vol   3 ,   pp  119 – 124 .   [7]   G.  L.   Yu,  R .   Jali l ,   B.   Be lle,   A.  S.  Ma y or o v.   "Inte r ac t ion  phenomena   in  gra phene   se en  through  quant u m  ca pa ci t ance"   Feb rua r y   2013   PN A S vol   110,   pp  32 82 – 3286.     [8]   F.  El zbieta,  K.  Jurewic z ,   K.  Del peux,   B.   Franc o i s."Nanotubul ar  Mate ri al s  for  Superc ap acitor s" Jul y   2011 ,   J.  Pow e r   Source s,  vol   97 – 98,   pp   822 – 825.     [9]   V.  L.   Pus hpar a j,   M.  M .   Shaijum on,   A.  Kumar ,   S.  Murug esa n.   "F l exi bl e  en erg y   storag e  de vic es  bas ed  o n   nanoc om posit e  p ape r"   Augus t  20 07,   Proc .   Na tl .   A ca d,   Sci .   US A v ol   104  pp .   13574 – 13577.     [10]   M.  F.  El - Kad y ,   V.  Strong,   S.  Du bin,   R. B .   Kan er.  "La ser  scrib ing  of  high - per form anc e  and  fl exi b l e  gra ph ene - base d  el e ct roc h emical capaci tors" Mar c h  2015,   Scie n ce,   vol   335 ,   pp .   132 6 – 13 30.   [11]   N.  Sidhu,  L.   Pa t nai k  and  S.  S.  W il liam son,  "P ow er  elec tron ic   con ver te rs for  ul tra c apa c it or  c el l  b alanc ing and  powe r  m ana gement:   A   comprehe nsive   rev ie w , "   IECO N  2016  -   42nd  Annual  Conf ere nc e  of  th e  IEE E  Industr ia l   El e ct roni cs  Soci ety ,   Floren ce ,   20 16,   pp .   4441 - 44 46.   [12]   F.  Iba nez,  J.  V adi ll o ,   J.  M.  E che ver r ia   and  L.   Fontan ,   "D e sign  m et hodolog y   of  a  balanc ing  net work  fo r   superc apaci to rs, "   IEE E   PES   ISG T  Europ e  2013 ,   L y ngb y ,   2013 ,   p p.   1 - 5.   [13]   W .   Jiang,   X .   W u,   R.   Hu  and  W .   Chen,   "B al an ced  superc ap ac i tor   ene rg y   sto rag e   m odule   base d  o n  m ult ifunc t ional   ISO S  conve rte r,"   2014  IEEE  E ner g y   Conversi on  Congress  an d  Exposit ion   (E CCE),   Pit tsburgh,   PA ,   2014,   p p.   2544 - 2549.   [14]   S.  Shili ,   A.  Hij a zi ,   A .   Sari ,   P.  B evi l ac qua ,   P.  Ve net .   “ Onlin e  superc ap acitor   h ea l t h  m onit oring  usi ng  a  ba la nc ing   ci rcu it ”   Jul y   201 6,   Journal   of   En erg y   Storag e, vo l  7,   pp.   159 - 166.   [15]   N.  Schar ic h ,   B.   Schnit er ,   A.  Herbe rt  and  M.  S.  Islam,  "Batt er y   m ana gement  s y s te m   using  Ardui no, "   2017  IEEE   Te chno log y   &   E ngine er ing  Man a gement  Confe re nce   ( TE MS CON ),   Sant a  C la ra ,   CA,  2 017,   pp.   384 - 387.     [16]   G.  Barbon,   M.  Margoli s,  F.  Pal um bo,   F.  Rai m ondi,   N.  W el din .   “ Ta king  Arduin o  to  the   Int ern e t   of  Thi ngs:  The  AS IP progra m mi ng  m odel ”   Mar ch  2016,   Com pute r  Com m unic ati ons,  vol  89 - 90,   p p.   128 - 140 .   [17]   Sheikh  Ferdoush,  Xinrong  Li , ” W ire le ss   Sensor  Network  Sy ste m   Design  Us in g  Raspber r y   Pi   and  Arduino  f or  Envi ronm ent a l M onit oring  Appl ic a ti ons”  2014 ,   Proce dia Com pute r  Sc ie nc e, vol  34,   pp .   103 - 110 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.