I n d on e s i an   Jo u r n al   o f  El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   1 6 ,   N o .   2 ,  N o v e m b e r   201 9 ,   pp.   61 4 ~ 62 2   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 6 .i 2 . pp61 4 - 62 2             614       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   Hy b r i d i s a t i o n   o f   b a t t e r y ,   s u p e r c a p a c i t o r   a n d   h y b r i d   c a p a c i t o r   f o r   l o a d   a p p l i c a t i o n s  w i t h   h i g h   c r e s t   f a c t o r s:   a   c a s e   st u d y   o f   e l e c t r i c   v e h i c l e s       I mm an u e l   N .   Ji ya 1 ,   N i c o l o y  G u r u s i n gh e 2 ,   R u p e r t  G o u w s 3   1 ,3 N o r t h - W e s t   U ni v e r s i t y ,   S o ut h  A f r i c a   2 Q ue e n' s   U ni v e r s i t y   B e l f a s t ,   U n i t e d   K i ng do m       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   O c t   1,   2018   R e v i s e d  D e c   10,   2018   A c c e pt e d  J an   25,   201 9       T hi s   pa pe r   p r o po s e s   a   no v e l   t o po l ogy   o f   h y br i di z i ng   b a t t e r y ,   s upe r c a pa c i t o r   a nd  hy br i d  c a pa c i t o r   f o r   o pt i m um   ut i l i z a t i o n  o f   e ne r gy   i n  e l e c t r i c   v e hi c l e s .   H y br i di z a t i o n  o f   e ne r g y   s t o r a g e   ha s   be e n  t he   t he m e   o f   m uc h  r e s e a r c h  i n  t he   f i e l d  o f   po w e r   e l e c t r o ni c s   a s   i t   i s   a n  e f f e c t i v e   e c o no m i c   s o l ut i o n  t o w a r ds   i m pr o v i ng   t he   u t i l i z a t i o n  o f   e ne r gy .   T hi s   p a pe r   de a l s   w i t h  t he   c o m bi na t i o n  o f   bo t h  s u pe r c a pa c i t o r   a nd   hy br i d  c a p a c i t o r   w i t h  t he   ba t t e r y   t hu s   a ddr e s s i ng   t he   pr o bl e m   o f   t he   l a c k  o f   a ut o no m y   be t w e e n  t w o   r e c ha r g e   po i nt s   i n   s upe r c a pa c i t o r s .   T he   p r o s pe c t s   o f   us i ng   a   m u l t i p l e - i npu t   D C - D C   c o nv e r t e r   i s   a l s o   a na l y z e d.   A n  e xpe r i m e nt a l   e l e c t r i c   v e hi c l e   pr o f i l e   w a s   u s e d  t o   v e r i f y   t he   pr o po s e d  t o po l o gy   a nd  t he   r e s ul t s   a r e   p r e s e n t e d .   T he   a pp l i c a t i o n  o f   t he   no v e l   hy br i di z a t i o n   o f   t he   t hr e e   e ne r gy   s t o r a g e   de v i c e s   c a n  be   e x t e nd e d  t o   o t he r   a ppl i c a t i o ns   ha v i ng   a   l o a d  p r o f i l e   w i t h   h i g h  c r e s t   f a c t o r s .   Ke y w or d s :   DC - D C  c o n v e r t e r   E l e c t r i c   v e h i c l e   E n e rgy   s t o r a ge   H y b r i di z a t i o n   H y b r i d  c a pa c i t o r   S upe r c a p a c i t o r   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   J i y a   Im m a nue l   N i n m a ,   N o r t h - W e s t   U n i v e r s i t y ,   S o ut h   A f r i c a .   E m a i l :   i m m a n ue l j i y a @ i e e e . o r g       1.   I N TR O D U C TI O N     T h e   e ff e c t s   a n d  t hr e a t s   o f   gl ob a l   w a rm i n g  t o   t h e   w o r l d  ha v e   dr i v e n   t h e   i n c r e a s e d  de v e l o pm e n t   o f  hi g h l y   e ff i c i e n t   a n d   e n v i r o n m e n t a l l y   f r i e ndl y   a l t e rn a t i v e   s o ur c e   of   e n e r gy   fo r   us e .   T hi s   ha s   f ue l e d  t h e   r e s e a r c h e s   i n t o   r e n e w a b l e   e n e r gy   s o ur c e s   f o r   bo t h   do m e s t i c   a n d  i n d us t r i a l   us e   [1 - 4] .   E n e r gy   s t o r a ge   s e e m s   t o  b e   t h e   b i gge s t   c h a l l e n ge   i n   t h e   a dv a n c e m e nt   t o w a r ds   r e n e w a b l e   e n e r gy   s o l ut i o n s .   h y b r i d i z a t i o n   o f   e n e r gy   s t o r a ge   h a s   b e e n   t h e   t h e m e   of   m uc h   r e s e a r c h   i n   t hi s   f i e l d  [5 - 7] ;   t h e r e f o r e ,   i t   i s   a n   e f fe c t i ve   e c o n o m i c   s o l ut i o n   t o w a r ds   i m p r o v i n g   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   r e n e w a b l e   e n e r gy   s y s t e m s .   T h e   a ut o m o t i v e   i n dus t r y   i s   n o t   l e f t   o ut   i n   t h e   m a n d a t e   fo r   us e   of   gr e e n   e n e r gy   a s   c a l l s   fo r   r e duc e d  c a r b o n   e m i s s i o n s   ha v e   r e s ul t e d  i n   t h e   g r o w i n g  n u m b e r   o f  e l e c t r i c   v e h i c l e   m a n uf a c t u r e r s   [8 - 10] .   R e po r t s ,   h o w e ve r ,   i n di c a t e   t ha t   i n   m o s t   o f   t h e   e l e c t r i c   v e h i c l e s   i n   us e   t o da y ,   t h e   ra t i o   o f   p ow e r   t o   e n e r gy   P / E   i n   t h e   e n e r gy   s t o r a ge   o f   t h e s e   v e h i c l e s   i s   a pp r o xi m a t e l y   8: 1  [11] .   T h i s   i ndi c a t e s   t ha t   t h e   s t o ra ge   s y s t e m s ,   w h i c h   i s   m o s t l y   b a t t e r y   c e l l s ,   a r e   de s i g n e d  f o r   pow e r   de n s e   o pe r a t i o n s   ra t h e r   t ha n   t h e   e n e r gy   de n s e   o p e r a t i o n s   pe r f o r m e d  by   t h e   v e h i c l e   ( t ha t   i s   t h e   a nt i c i p a t e d  pe a k  po w e r  r a t h e r  t ha n  f o r   e ff i c i e n t   e n e rgy   us e )  [12] .   T hi s   w i de   r a t i o   i s   be c a us e   e l e c t r i c   v e h i c l e s   r e qui r e   hi g h   po w e r   duri n g  a c c e l e r a t i o n ,   h e n c e   t h e   ov e r s i z i n g  o f   t h e   b a t t e ri e s .   T o   a ugm e n t   f o r   t h i s   h i g h  po w e r   de n s i t y   r e qui r e m e nt   i n  e l e c t ri c   v e h i c l e s ,   a   h y b r i di z a t i o n   o f   e n e r gy   s t o r a ge   i s   r e qui r e d ,   s i n c e   b a t t e r i e s   a r e   e n e r gy   de n s e .   T h e   Cu rr e nt   s u r ge s   dra w n   f r o m   t h e   b a t t e ri e s   r e s ul t i n g  f ro m   t h e   h i g h   c r e s t   f a c t o r   l o a d  pr o f i l e s ,   c a us e d  by   t h e   r e pe a t e d  a c c e l e r a t i o n   a nd  de c e l e r a t i o n  o f   e l e c t r i c   v e h i c l e s   l e a d  t o   a n   i n c r e a s e   i n   t h e   i n t e rna l  r e s i s t a n c e   of   t h e   b a t t e r y   [13] .   T hi s   w i l l ,   i n   t u rn,   r e duc e   t h e   e ff i c i e n c y   of   t h e   b a t t e r y   a n d  a l s o   r e s ul t s   i n   pr e m a t u r e   f a i l u r e   o f   t h e   b a t t e r y .   A n   e xa m pl e   o f   t h i s   p h e no m e n o n   i s   i n   F i g u r e   1(a )  a n d   F i gu r e   1 (b ),   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       H y br i di s a t i o n  o f   b at t e r y ,   s u pe r c apac i t or   and   h y br i d   c a pac i t o r   f or   l oad   app l i c at i ons     . . . .   ( Im m anue l   N .   J i y a)   615   W o r l dw i de   h a rm o ni z e d  L i g ht   v e h i c l e s   T e s t   Cy c l e   a n d  i t s   c orr e s po n d i n g  e f fe c t   o n   a   b a t t e r y   s t o r a ge   s y s t e m   i s   pr e s e nt e d  a s   r e po rt e d  i n   [14] .   T h e   t e s t   c y c l e   i s   di v i de d  i n t o   t w o   s e que n c e s ,   e a c h   s e que n c e   l a s t i n g  f o r   a   pe r i o d  of   1 5  m i n u t e s ,   t h e   f i r s t   s e que n c e   i s   a   pe r i o d  o f   ur b a n   d r i v i ng  w h i l e   t h e   s e c o n d  i s   a   pe r i o d  o f  e xt r a - u r b a n   o r   hi g h w a y   dr i v i n g ,   f r o m   F i gu r e   1(b )  t h e   c o rr e s po n di ng  e ff e c t s   of   t h e   j us t   de s c r i b e d  d r i v i n g  c y c l e   o n   a n   e n e rg y   s t o r a ge   s y s t e m   i s   s e e n .   T h e   e f fe c t   of   t h e   r e pe a t e d  a c c e l e r a t i o n   a n d  de c e l e r a t i o n   i s   v e r y   d e t r i m e n t a l   t o   t h e   e ff i c i e n c y   a n d  l i f e s pa n   o f   a   b a t t e r y   o n l y   e n e r gy   s t o r a ge   s y s t e m .   M uc h   w o r k  h a s   b e e n   do n e   i n   l i t e ra t u r e   a s   r e ga rds   t h e   h y b r i d i z a t i o n   o f   b a t t e r i e s   a nd  s upe r c a pa c i t o r s   (S Cs ).   A l t h o ug h   S Cs   ha v e   h i g h  po w e r   de n s i t y ,   t h e y   s t i l l   po s e   a   di s a dv a n t a ge   a s   t h e y   l i m i t   a v e r a ge   a u t o n o m y   be t w e e n   t w o   r e c h a r ge   po i nt s ;   t hi s   i s   due   t o   t h e i r   po o r   e n e r gy   de n s i t i e s   [ 15] .         (a )     (b )     F i gu r e   1 .   G ra p h  o f   (a )  t h e   W o r l dw i de   h a rm o ni z e d   L i g h t   v e h i c l e s   T e s t   Cy c l e   (W L T C)  a nd    (b )  t h e   c o rr e s po n di n g   e f fe c t   of   t h e   d ri v e   c y c l e   o n   a n  e n e r gy   s t o r a ge   s y s t e m   [14]       L i t h i u m - i o n   c a pa c i t o r s ,   o t h e r w i s e   kn o w n   a s   h y b r i d  c a pa c i t o r s   (H Cs )  h a v e   r e c e i ve d  a t t e nt i o n   i n  r e c e n t   r e s e a r c h e s .   T h e y   t e n d  t o   l i e   i n  t h e   m i d - po i nt   b e t w e e n   S Cs   a n d  b a t t e ri e s   [15] .   T hi s   i s   b e c a us e   t h e y   h a v e   hi g h e r   e n e r gy   de n s i t i e s   t h a n   S Cs ,   t h o ug h   n o t   a s   m uc h   a s   b a t t e ri e s ,   b ut   hi g h e r   po w e r   de n s i t i e s   t h a n   b a t t e r i e s   a n d  l o w e r   po w e r   de n s i t i e s   t ha n   S Cs .   S Cs   a n d   H Cs   e s pe c i a l l y ,   po s e   gr e a t   a dv a n t a ge s   i n  e n e r gy   h a r v e s t i n g   t hr o ugh   r e ge n e ra t i v e   b r a ki n g  b e c a us e   of   t h e i r   a b i l i t y   t o  a c c e pt   a nd  di s s i pa t e   l a r ge   c urr e n t s   du ri n g  c ha r gi ng  a n d  di s c h a rgi ng  [1 5 ,  1 6 ] .   B a t t e r i e s   h a v e   f a l l e n   s h o rt   i n  c o m pa r i s o n   t o   bo t h   S Cs   a nd  H Cs   i n   t h e   a s pe c t   of   h i g h  pow e r   de l i v e r y .   B a t t e r i e s   a l s o   h a v e   a   l i m i t e d   c ha r ge   a nd  r e c h a r ge   c y c l e ;   t h i s   gi v e s   t h e   S Cs   a nd  t h e   H Cs   a n   a dv a n t a ge   i n  t h e i r  a p pl i c a t i o n   f o r   e l e c t ri c   v e h i c l e s   e s pe c i a l l y   s i n c e   r e ge n e r a t i v e   b r a k i n g  o c c ur s   qu i t e   f r e que n t l y   i n  t h e   d ri v i n g   c y c l e .   T h e   l a c k  o f   a   s i n g l e   e n e r gy   s t o r a ge   s o l ut i o n  t o   t h e   e n e r gy   a nd  po w e r   r e qui r e m e n t   o f   e l e c t r i c   v e h i c l e s   i s   t h e   m o t i v a t i o n   o f   t h i s   p a pe r   [1] .   L e s s   w o r k  h a s   b e e n   do ne   t o   c o m b i n e   b a t t e r i e s   a nd  H Cs   a s   c o m pa r e d  t o   S Cs   [17] ,   t hi s   m o s t   l i ke l y   i s   a s   a   r e s ul t   o f   t h e   h i g h   c o s t   o f   h y b r i d  c a pa c i t o r   de v i c e s .   A l l   o f   t h e   w o r k  do n e   i n  t h e   a s pe c t   of   h y b r i di z a t i o n   o f   e n e r gy   s t o r a ge s   a s   r e ga rds   s upe r c a p a c i t o r s   a nd  h y b r i d  c a pa c i t o r s   ha s   b e e n   t o  e xpl o r e   e i t h e r   o f  t h e   t w o   d e v i c e s .   H ow e ve r ,   t h e   t w o  de vi c e s   h a v e   v a r y i n g  c h a ra c t e ri s t i c s   l y i n g  o n   t w o  e xt r e m e s ,   ( t h e   S C  h a v i n g   a   m uc h   h i g h e r   po w e r   de n s i t y   t ha n   t h e   H C  w h i l e   t h e   H C  ha v i n g  a   m uc h   hi g h e r   e n e r gy   de n s i t y   t h a n  t h e   S C) .   T hi s   l e a v e s   a   g a p  i n   t h e   m i dp o i n t   b e t w e e n   t h e   h i g h  po w e r   de n s i t y   of   S Cs   a n d   t h e   h i g h   e n e r gy   d e n s i t y   of   H Cs ,   b e c a us e   t h e   S Cs   h a v e   a   l ow   e n e r gy   de n s i t y ,   dur i n g  r e ge n e r a t i v e   b r a ki n g ,   n o t   a l l   t h e   e n e rgy   c a n   b e   f ul l y   s t o r e d  up  i n   t h e   S Cs   w h i l e   t h e   H Cs   ha v e   m uc h   l o w e r   po w e r   de n s i t i e s ,   t h e r e f o r e ,   t h e y   c a nn o t   c a t e r   f o r   t h e   h i g h   po w e r   de n s e   o pe r a t i o n s   i n   t h e   v e h i c l e   d r i v e   c y c l e .   T h e   a pp l i c a t i o n  of  h y b r i di s e d  e n e r gy   s t o r a ge   s y s t e m s   c a nn o t   b e   ov e r e m pha s i z e d.   I t   f i n ds   r e l e v a n c e   i n   a   w i de   a r e a   o f  a ppl i c a t i o n s   ra n gi ng  f r o m   D C  M i c r o gri ds   t o   e l e c t r i c   v e h i c l e s   of   a n y   ki n d  [1 8] .   G e n e r a l l y   a n y   e l e c t r i c   s y s t e m   w i t h   a   l o a d  c ur v e   h a v i n g  hi g h   r a m p  r a t e s   (a s   i s   s e e n   i n   F i gu re   1(b );   t h e   h i g h   c r e s t   f a c t o r s   i n   t h e   l o a d  c ur v e   of  t h e s e   s y s t e m s   c a l l s   f o r   a   h y b r i d i s e d  s t o r a ge   s i n c e   i t   w o ul d  n o t   b e   e c o n o m i c a l   t o   de s i g n   b a t t e r i e s   s o l e l y   fo r   t h e   pe a k  po w e r   a pp l i c a t i o n s .     In   t hi s   pa pe r,   t h e   h y b r i di z a t i o n   o f   b a t t e r i e s ,   S Cs   a n d  H Cs   i s   c a rr i e d  o ut ;   t hi s   i s   t o   e xpl o i t   t h e i r  i n di v i du a l   a dv a nt a ge s   i n   o rde r   t o   c l os e   t h e   ga p  b e t w e e n   t he   h i g h   po w e r   de n s i t y   of   S Cs ,   t h e i r   l o w   e n e r gy   de n s i t i e s   a n d  v i c e - ve r s a   f o r   H Cs .   A   m ul t i pl e - i nput   D C - D C  c o n v e r t e r   i s   a n a l y s e d  fo r   i m pl e m e n t a t i o n   w i t h   t h e   pr o po s e d  c o n v e r t e r.   A   s e c t i o n   t h a t   a d d r e s s e s   t h e   m o de l l i n g  o f   t h e   c o m po n e n t s   i s   i n c l ude d ,   r e s ul t s   a r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   1 6 ,   N o .   2 ,  N o v e m be r   2 01 9   :     61 4 - 62 2   616   pr e s e nt e d  t o   v a l i da t e   t h e   p r o po s e d  t o p o l o g y ,   a n d  e xpe r i m e n t a l   d a t a   f r o m   p r e v i o us   r e s e a r c h   i s   us e d  t o   v a l i d a t e   t h e   p r o po s e d  t o p o l o g y .       2.   EN ER G Y   S T O R A G E  M O D ELLI N G   A N D   P A R A M E TE R   I D EN TI F I C A TI O N   T h e   pe r f o r m a n c e   c ha r a c t e r i s t i c s   o f   e n e r gy   s t o r a ge   de v i c e s   i n  a u t o m o t i v e   pow e r   a p pl i c a t i o n s   c a n   b e   de s c r i b e d  us i n g   t w o   pa ra m e t e r s   na m e l y   pow e r   de n s i t y   (o r   s pe c i f i c   pow e r )  a n d  e n e rgy   de n s i t y   ( o r   s pe c i f i c   e n e r gy )  [19] .   T h e   po w e r   de n s i t y   i s   r e l a t e d  t o   t h e   v e h i c l e s   s p e e d  a n d  a c c e l e r a t i o n,   i t   m o r e   o r   l e s s   de t e rm i n e s   h o w   f a s t   t h e   v e h i c l e   c a n   go .   T h e   e n e r gy   de n s i t y ,   o n   t h e   o t h e r   h a n d ,   r e l a t e s   t o   t h e   r a nge   of   t h e   v e h i c l e ,   i . e .   h o w   f a r   t h e   v e h i c l e   c a n   go .   T h e   r e l a t i o n s hi p  o f   t h i s   t w o   p e r f o r m a n c e   c ha r a c t e r i s t i c s   w h e n   p l o t t e d  o n   a   g r a p h   i s   c a l l e d  t h e   R a go n e   p l o t .   It   c a n   b e   s e e n   f r o m   t h e   R a go n e   pl o t   pr e s e n t e d  i n   F i gu r e   2  [ 20]   t h a t ,   t h e   b a t t e r i e s   e s pe c i a l l y   t h e   L i - i o n   b a s e d  b a t t e r i e s   l i e   o n  t h e   v e r y   h i g h  e n e rgy   de n s i t y   a xi s   m a ki n g   t h e m   v e r y   s ui t a b l e   f o r   hi g h  e n e r gy   de n s i t y   o pe r a t i o n s   i n   t h e   dri v i n g  c y c l e   o f  a   ve h i c l e .   T h e   H Cs   (L i - i on   c a p a c i t o r s )  l i e   o n   t h e   h i g h   e n e r gy   d e n s i t y   a n d  s l i g h t l y   h i g h  po w e r   de n s e   a xi s ,   c o m pa ri n g  t h e m   t o   t h e   S Cs ,   t h e   S Cs   h a v e   m uc h   b e t t e r   po w e r   de n s i t i e s   m a k i n g  t h e   S C  m o s t   s ui t a b l e   f o r   h i g h  po w e r   de n s e   o p e r a t i o n s   i n   t h e   d r i v e   c y c l e .   Co n s i de r i n g   t h e s e   pe r f o r m a n c e   c ha r a c t e r i s t i c s ,   t h e   t hr e e   e n e r gy   s t o r a ge   de v i c e s   us e d  i n   t hi s   r e s e a r c h   i s   p r o po s e d  i n   o r de r   t o  a de qua t e l y   de l i v e r   pow e r   t o   t h e   e l e c t r i c   v e h i c l e .   T h e   b a t t e r y   w o ul d  b e   us e d   t o   c a t e r   f o r   t h e   hi g h   e n e rgy   d e n s e   o pe r a t i o n s ,   t h e   S C  a n d   H C  t o   c a t e r   f o r   h i g h  po w e r   de n s e   o pe r a t i o n s   w h i l e   a l s o   p r o v i di n g  e n o ug h   s t o ra ge   s pa c e   t o  c a pt ur e   t h e   e n e r gy   ge n e r a t e d  du r i ng  r e ge n e ra t i v e   b r a ki ng.   I n   o r de r   t o   a c c ur a t e l y   s i m ul a t e   t h e   e l e c t r i c a l   b e h a v i o ur  o f   t h e   c o m po n e nt s   i n  a   s o f t w a r e   e nv i r o nm e nt ,   i t   i s   i m po r t a nt   t o   c o rr e c t l y   us e   t h e   e l e c t r i c a l   m o de l s   o f   t h e   c o m po n e n t s   i n   o r de r  t o   ge t   a n  a c c u ra t e   v i e w   of   t h e i r   e l e c t r i c a l   b e h a v i o u r   i n  r e s po n s e   t o   a   l o a d.   T h e   t h e   m o de l s   o f  t h e   b a t t e r y   b a n k ,   S C  a n d  H C   b a n k  a n d  t h e   l o a d  us e d  w e r e   a s   de s c r i b e d  a n d  us e d  i n   [2 1] ,   m o r e   de t a i l   o n  t h e   m o de l s   o f   s upe r c a pa c i t o r s   c a n  b e   fo un d  i n   [7] .           F i gu r e   2 .   R a go n e   pl o t   s h o w i n g ,   L i t h i u m   b a t t e r y ,   S Cs   a n d   H Cs   [20]       T h e   v a l i da t i o n   o f  t h e   h y b r i di z a t i o n   t o po l o gi e s   pr e s e n t e d  i n   t h i s   pa pe r   w a s   d o n e   w i t h   t h e   M a t l a b ®   S i m ul i n k ®  s of t w a r e   us i n g  t h e   pa r a m e t e r s   pr e s e nt e d   i n   T a b l e   1  a n d  us e d  i n   [21] ,   t h e s e   pa ra m e t e r s   w e r e   ob t a i n e d  f r o m   t h e   r e s pe c t i v e   da t a s h e e t s   [2 2 - 2 4 ] .   T h e   S C  c e l l s   us e d  w e r e   t h e   M a xw e l l   t e c hn o l o gi e s ’  K 2   s e r i e s ,   t h e   B CA P 2000  P 270 .   T h e   H C  c e l l s   w e r e   t h e   J M   E n e r gy   Co r po r a t i o n ’s   CP P 3300S   L i t hi u m - i o n   c a pa c i t o r.   T h e s e   S C  a n d  H C  c e l l s   w e r e   s e l e c t e d  i n   s uc h   a   w a y   t ha t   t h e y   h a v e   m a t c hi n g  s i z e s ,   b o t h   i n   w e i gh t   a n d  v o l um e .   T h e   b a t t e r y   us e d  w a s   t h e   L e a d  C r y s t a l   B a t t e ri e s ’  6 - CN F J - 200  s e r i e s ;   t h i s   s i z e   o f   b a t t e r y   c e l l   w a s   s e l e c t e d  s o   t h a t   t h e   e n e r gy   dr a w n   o ut   o f   i t   duri n g  t h e   s i m ul a t i o n   w a s   i n s i g n i f i c a nt   a s   c o m pa r e d  t o   t h e   t o t a l   e n e r gy   s t o r e d  i n   i t .   T h e   v a l ue   of   t h e   di s c h a r ge   r e s i s t a n c e   (Rp)  i s   n o t   pr e s e nt e d  fo r   t h e   h y b r i d  c a p a c i t o r.   T hi s   i s   b e c a us e   t h e   v a l ue   of   t h e   l e a k a ge   c u rr e nt   w a s   n o t   p r e s e n t e d  i n   t h e   da t a s h e e t ,   h o w e v e r ,   s i n c e   t h i s   i s   a   s h o rt   dura t i o n  s t udy ,   t h e   e f f e c t s   of   t h e   l e a k a ge   r e s i s t a n c e   i s   i n s i g ni f i c a n t .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       H y br i di s a t i o n  o f   b at t e r y ,   s u pe r c apac i t or   and   h y br i d   c a pac i t o r   f or   l oad   app l i c at i ons     . . . .   ( Im m anue l   N .   J i y a)   617   T a b l e   1 .   P a ra m e t e r  Ide n t i f i c a t i o n  f o r   t h e   E x pe ri m e n t   [22 ,   23,   2 5 ]   D e v i c e   P a ra m e t e r   V a l u e     E S R   ( E S R T )   0 . 3 5   m Ω   (0 . 5 8   m Ω )     c e l l   v o l t a g e   ( m a x .   b a n k   v o l t a g e )   2 . 7   V   (1 3 . 5   V )   S u p e r c a p a c i t o r  [2 5 ]   c e l l   c a p a c i t a n c e   ( C T )   2 0 0 0   F   (  1 2 0 0   F )     m a x .   e n e r g y   i n   b a n k   3 0 . 3 7 5   W h     R p   ( Rp T )   6 4 2   Ω   (3 2 1 0   Ω )     E S R   ( E S R T )   0 . 7   m Ω   (2 . 8   m Ω )     c e l l   v o l t a g e   ( m a x .   b a n k   v o l t a g e )   3 . 8   V   (1 5 . 2   V )   H y b r i d   c a p a c i t o r  [2 2 ]   c e l l   c a p a c i t a n c e   ( C T )   3 3 0 0   F   (8 2 5   F )     m a x .   e n e r g y   i n   b a n k   2 6 . 4 7   W h     Rp   ( Rp T )   *     ra t e d   v o l t a g e   1 2   V   Ba t t e r y   [2 3 ]   c a p a c i t y   2 0 0   A h     i n t e r n a l   r e s i s t a n c e   ( Ri )   3 . 5   m Ω   *T h i s   da t a   c o ul d  n o t   b e   ob t a i n e d,   a s   t h e   v a l ue   o f   t h e   l e a ka ge   c u rr e nt   w a s   n o t   pr e s e nt e d  i n  t h e   d a t a s h e e t       T h e   n e x t   s t e p  t o w a r ds   s e l e c t i n g  t h e   c o m po n e nt   w a s   t o   de t e rm i n e   t h e   m i ni m u m   a pp r o p r i a t e   M   x  N   (M   =   n u m b e r   o f   c e l l s   i n  s e r i e s   a nd  N   =   num b e r   o f   s e r i e s   c e l l s   i n  pa ra l l e l )  m a t ri x  c o n f i gu ra t i o n   f o r   t h e   S C  a nd  H C  b a n ks .   T h e   c e l l s   w e r e   s t a c ke d  i n   s e r i e s   t o   a c hi e v e   a   m i ni m u m   o f   12  V ,   w h i c h   i s   t h e   n o m i na l   v o l t a ge   o f  t h e   b a t t e r y .   F o r   t h e   S Cs ,   5   c e l l s   o f   2. 7  V   e a c h  w o ul d  b e   r e qui r e d  t o   h a v e   a   m i ni m u m   o f   12  V   a nd  4   c e l l s   of  3. 8  V   e a c h   i s   r e qui r e d  t o   m e e t   t h e   m i ni m u m   r e qui r e d  v o l t a ge   l e v e l   fo r   t h e   H Cs .   T h e   m a t r i x  c o n f i g u r a t i o n   f o r   t h e   S C  b a n k  w a s   5  x  3  w h i l e   t ha t   o f   t h e   H C  b a n k  w a s   4  x  1.   T h e   r e a s o n   f o r   ha v i n g  3  s e t s   o f   s e r i e s   s t a c ke d   c e l l s   i n   t h e   s upe r c a pa c i t o r s   a s   o ppo s e d  t o   1  s e t   of   s e r i e s   s t a c ke d  c e l l s   i n   t h e   h y b r i d  c a pa c i t o r   i s   t o   ha v e   a bo ut   t h e   s a m e   a m o unt   o f   e n e r g y   s t o r a ge   c a pa c i t y   i n   b o t h   b a nks .   T h e   di f f e r e n c e   be t w e e n   t h e   e n e r gy   s t o r e d  i n   b o t h   b a n ks   i s   a b o ut   3  W h .   If   f e w e r   s e t s   of   S Cs   a r e   us e d,   t h e   e qui v a l e n t   s e ri e s   r e s i s t a n c e ,   w hi c h   d i r e c t l y   a ff e c t s   t h e   pow e r   de n s i t y ,   i s   i n c r e a s e d,   t h e r e f o r e ,   m a k i n g  i t   l e s s   pow e r   de n s e   a n d   i f   m o r e   H Cs   a r e   us e d,   i t s   e qui v a l e n t   s e r i e s   r e s i s t a n c e   r e duc e s ,   b ut   t h e   c o s t   of   e n e r gy   $/ kW h   b e c om e s   s i g n i f i c a n t l y   h i g h e r .   T h e r e f o r e ,   t h e   o pt i m a l   ra t i o   o f   S Cs   t o   H Cs   f o r   t h i s   a pp l i c a t i o n   i s   3   t o   1 .       3.   N EW  H Y B R I D I S A TI O N   TEC H N I Q U E   T h e r e   a r e   t hr e e   m a i n   t e c hn i q ue s   of   e n e r gy   s t o r a ge   h y b r i di s a t i o n   a n d  t h e y   a r e :   di r e c t   h a rd  w i ri n g  o f  t h e   t hr e e   e n e r gy   s t o r a ge   de v i c e s ,   t h e   s e c o n d  i s   h y b r i d i z a t i o n   b y   i n di v i du a l   po w e r   c o n t r o l l e r s   i n  t h e   f o r m   o f  DC - D C  c o n v e r t e r s   a n d  t h e   l a s t   t e c hn i que ,   w h i c h   i s   t h e   n o v e l   c o n t ri b ut i o n   o f   t h i s   pa pe r ,   i n v o l v e s   pa ra l l e l   c o n f i gur a t i o n   o f  H C  a n d  S C  w h i l e   s ha r i ng  a   po w e r   c o n t r o l l e r   i n   c o m b i n a t i o n   w i t h   t h e   b a t t e r y   pa c k  t hr o ug h   DC - D C  c o n v e r t e r s .   T h e   f i r s t   h y b r i di z a t i o n   t e c hni que   i s   s i m pl e   b ut   i t   i s   a l s o   i n e f f i c i e n t   due   t o   t h e   a ut o n o m y   i n  t h e i r  e n e r gy   s uppl y ,   t h e r e f o r e   t h e   n e e d  t o   c o n t r o l   t h e   e n e r gy   s uppl i e d  f r o m   t h e   de v i c e s   c a nn o t   b e   o ve r e m p h a s i z e d.   A l s o ,   t h e   us e   of   i ndi v i dua l   c o n t r o l l e r s   f o r   e a c h   e n e r gy   s t o r a ge   a s   p r e s e n t e d  i n   [21 ]   i s   s t i l l   c um b e r s o m e   e v e n   w h e n   t h e   m u l t i p le - i n p ut   c o n v e r t e r   w a s   i n t r o duc e d,   t h e   n um b e r   o f  s w i t c h e s   i s   m a n y   a n d  t h e   c o m pl e xi t y   of   t h e   c o n t r o l   i s   t e di o us   due   t o   t h e   m a n y   a v a i l a b l e   o pt i o n s .   T o   r e d uc e   t h e   n um b e r   o f   s w i t c h e s ,   s i m pl i fy   t h e   c o n t r o l ,   r e duc e   t h e   c o s t   a n d  s i z e   o f   t h e   m u l t i pl e - i nput   c o n v e r t e r,   a   n o v e l   t e c h ni que   o f   h y b r i di z i n g  t h e   t hr e e   e n e r gy   s t o r a ge s   i s   b e i n g  i n t r o duc e d  h e r e .   I n   t h i s   t e c hni que ,   t w o   of   t h e   t hr e e   e n e r gy   s t o r a ge s   a r e   c o nn e c t e d  di r e c t l y   b ut   a r e   t h e n   c o nn e c t e d  w i t h   t h e   t hi r d  o n e   t hr o ugh   D C - D C  c o n v e r t e r s .   T hi s   i s   i l l us t ra t e d  i n   F i gu r e   3;   t h e   S C  a n d  H C  a r e   c o n n e c t e d  di r e c t l y   i n   pa ra l l e l   t h e n   h y b r i di z e d  w i t h   t h e   b a t t e r y   t hr o ug h   D C - D C  c o n v e r t e r s .   T h e   j us t i f i c a t i o n   f o r   t hi s   i s ;   s i n c e   t h e   S C  a n d   H C  bo t h   h a v e   hi g h   pow e r   de n s i t i e s   a n d  l o w e r   e n e r gy   de n s i t i e s   t h a n  t h e   b a t t e r i e s ,   t h e i r  i nt e rn a l   r e s i s t a n c e s   i s   s uf f i c i e n t   t o   di v i de   t h e   l o a d  c u rr e n t   a m o n g   t h e m .   F i gu r e  4   s h o w s   t h e   r e s po n s e   of  t h e   S C  a n d  H C  t o  t h e   l o a d  pr o f i l e   us e d  i n   F i gu r e   4 ,   w h e n   t h e y   a r e   bo t h   c o nn e c t e d  i n   pa ra l l e l   w i t h o ut   t h e i r   i n d i v i dua l   D C - D C  c o n v e r t e r s .   T h e   H C  w a s   c h a r ge d  up  t o   t h e   v o l t a ge   l e v e l   of   t h e   S C.   I n   F i gu r e   4 ,   i t   c a n   b e   s e e n   t ha t   i n  b o t h   l o a d   pr o f i l e s ,   t h e   S C   s uppl i e s   t h e   hi g h e r   c u rr e n t s ,   t hi s   i s   b e c a us e   i t   ha s   a   l o w e r   i n t e rna l   r e s i s t a n c e ,   h e n c e   a   hi g h e r   pow e r   de n s i t y   t h a n  t h e   H C.   H ow e v e r ,   b e c a us e   of  i t ' s   l o w e r   e n e r gy   de n s i t y ,   a n d  h i g h e r   po w e r   de n s i t y   t h a n   t h e   H C,   i n   F i gu r e   4 ( a ),   a t   a b o ut   6  s e c o n ds   j us t   a f t e r   t h e   r a m p,   S C  d r o ps   b e l ow   t h e   H C  a n d  s up pl i e s   l e s s   c urr e n t   t ha n   t h e   H C.   T hi s   i s   due   t o   t h e   d i p  i n  t h e   v o l t a ge   of   t h e   S C ,   t h e   m o m e nt   i t   c ha r ge s   up  t o   t h e   s a m e   v o l t a ge   l e v e l   w i t h  t h e   H C,   i t   p i c ks   up  a g a i n   t o   s uppl y   t h e   hi g h e r   c urr e nt s .   T h i s   c h a r g i n g  a n d  r e c ha r g i n g  p h e n o m e n o n   i s   a n   a c c e pt a b l e   t ra de o ff   b e c a us e   t h e   S C  a n d  H C  bo t h   ha v e   a   v e r y   h i g h  c ha r ge - di s c h a rge   c y c l e .   T h e s e   r e s ul t s   s h o w   t h a t   e v e n   w i t h o ut   t h e   S C  a n d  H C  b e i n g  c o n n e c t e d  t o   t h e i r   i n d i v i dua l   D C - D C  c o n v e r t e r s   o r   i ndi v i du a l   po r t s   o f   a   m u l t i pl e   i n put   c o n v e r t e r ,   t h e r e   i s   a   b a l a n c e d  s h a ri n g   o f   l o a d  c urr e n t s   b e t w e e n   t h e m   w h e n  t h e y   a re   c o n n e c t e d  i n  p a r a l l e l   di r e c t l y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   1 6 ,   N o .   2 ,  N o v e m be r   2 01 9   :     61 4 - 62 2   618   B a t t e r y D C     D C   D C     D C   L oa d SC HC     F i gu r e   3 .   S c h e m a t i c   o f   t h e   p r o po s e d  t e c h ni que   o f   e n e rgy   s t o r a ge   h y b r i di z a t i o n   ha v i n g  t h e   s upe r c a p a c i t o r  a nd  h y b r i d  c a p a c i t o r  c o nn e c t e d  i n  pa ra l l e l         (a )     (b )     F i gu r e   4 .   R e s po n s e   of   s upe r c a pa c i t o r   a n d   h y b r i d  c a p a c i t o r  w h e n   t h e y   a r e   c o nn e c t e d  di r e c t l y   i n   p a ra l l e l ,   ha v i ng  ( a )   a   l o a d   p r o f i l e   ha v i ng  a   ra m p  f r o m   r e s t   s i g n i f y i n g  a c c e l e r a t i o n   t h e n  f o l l ow e d  up  by   a     c o n s t a n t   c u rr e nt   s i g n i f y i n g  c o n s t a n t   s pe e d  a n d   (b )  a   l o a d   p r o fi l e   ha v i ng  s e v e r a l   r a m ps       Th e r e f o r e ,   t h e   e xt ra   D C - D C  c o n v e r t e r   o r   e xt r a   po r t   t ha t   w oul d  h a v e   be e n   de di c a t e d  t o   e a c h   c a n   b e   r e m o v e d  t h e r e by   r e duc i n g  t h e   n um b e r   o f   s w i t c h e s ,   t h e   r e s ul t i ng  c o n v e r t e r   t ha t   i s   r e qui r e d  i s   p r e s e nt e d  i n   F i gu r e   5 .   T h e   r e l i a b i l i t y   a n d  e ff i c i e n c y   of   t h e   s y s t e m   i s   i n c re a s e d  a n d  s w i t c h i ng  l o s s e s   r e duc e d  b e c a us e   t h e   pa r t   c o un t   o f   t h e   c o n v e r t e r   i s   r e duc e d  f r o m   12  pi e c e s   t o  10.   T h i s   h y b r i di z a t i o n   t e c hn i q ue   i s   c h a ra c t e r i z e d  b y   a b o ut   65%  c o n t r o l l a b i l i t y   a s   r e ga rds   t o   w h i c h   e n e r gy   s t o r a g e   de v i c e   i s   s uppl y i n g  t h e   r e qu i r e d  e n e r gy   t o   t h e   e l e c t r i c   v e h i c l e   a t   a n y   gi ve n   t i m e .   A s i de   f r o m   r e duc i n g  t h e   n u m b e r   o f   r e s o ur c e s   t o   b e   s p e n t   o n   t h e   po w e r   e l e c t r o n i c s   i n  t h e   p r e v i o us l y   di s c us s e d  h y b r i di z a t i o n   t e c hn i q ue ,   t hi s   t e c hn i q ue   w i l l   a l s o   r e duc e   t h e   c o m pl e xi t y   of   t h e   c o nt r o l   o f   t h e   m ul t i p l e - i n pu t   c o n v e r t e r  s i nc e   o n l y   t w o   po r t s   a r e   p r e s e n t .   T h e   c o n v e r t e r   w i l l   o pe r a t e   i n   m o de s   A   –   D   a s   de s c r i b e d  i n   T a b l e   2,   w h e n   t h e   e n e r gy   s t o r a ge   de v i c e s   a r e   s uppl y i n g  e n e r gy   a nd  w h e n   t h e   D C  l i n k  i s   s upp l y i n g  e n e r gy   t o   t h e   s t o r a ge   de v i c e s   dur i n g  r e ge n e r a t i v e   b r a ki ng  r e s pe c t i v e l y .   T h e   s t e a dy - s t a t e   w a ve f o r m   o f  t h e   c o n v e r t e r   o pe r a t i o n   i s   p r e s e nt e d  i n   F i gu r e   6 ,   t h e   r e l a t i o n s h i p  b e t w e e n   t h e   b a t t e r y   vo l t a ge   a nd  D C  b us   vo l t a ge   i n   m o de   A   a n d  D   i s   pr e s e n t e d  i n   (1)  a n d  (2) .   T h e   r e l a t i o n s h i p  b e t w e e n   t h e   D C  b us   vo l t a ge   a n d  t h e   pa ra l l e l   a rr a nge m e n t   o f   S C  a n d  H C  i s   gi v e n   by   (3)  a nd  (4)  f o r   m o de s   B   a n d  C   r e s pe c t i v e l y .     V dc                     .   B   =                B   (1)     V B                     .     dc   =                d c    (2)     V dc                     .      ( V SC   +  V HC )   =                   ( V SC   +  V HC )   (3)         ( V SC   +  V HC )                    .  V dc   =                    V dc     (4)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       H y br i di s a t i o n  o f   b at t e r y ,   s u pe r c apac i t or   and   h y br i d   c a pac i t o r   f or   l oad   app l i c at i ons     . . . .   ( Im m anue l   N .   J i y a)   619   C dc S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 L 1 L 2 Ba tter y SC HC D 1 D 2 D 3 D 4 D 6 D 5     F i gu r e   5 .   T h e   p r o po s e d  h y b r i di z a t i o n   t o po l o g y   us i n g  t w o   i n put s   ha v i n g   t h e   s upe r c a pa c i t o r   a n d   h y b r i d   c a pa c i t o r  c o nn e c t e d  t o ge t h e r  i n  p a r a l l e l   t h e n   i n  s e ri e s   t o   o n e   i n p ut   po r t   w hi l e   t h e   b a t t e r y   t a ke s   t h e   o t h e r  i nput   po rt   T a b l e   2 .   Co n duc t i o n   o f   de v i c e s   fo r   t h e   o pe r a t i o n  m o de s   of   t h e   c o n v e r t e r  w i t h   H C  a nd  S C   s h a ri n g   o n e   i n put   po rt     T 1   T 2   T 3   M o d e   A   S 3   S 2   D 1   D 4   S 1   S 4   M o d e   B   S 5   S 2   D 1   D 6   S 1   S 6   M o d e   C   S 1   S 4   D 2   D 3   S 2   S 3   M o d e   D   S 1   S 6   D 2   D 5   S 2   S 5         S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 V L 1 i L 1 V L 2 i L 2 M o d e   A M o d e   B M o d e   C M o d e   D T 1 T 2 T 3 T 1 T 2 T 3 T 1 T 2 T 3 T 1 T 2 T 3 V B - V dc - V dc 0 . 5 ( V SC + V HC ) V dc - V B - 0 . 5 ( V SC + V HC ) V dc     F i gu r e   6 .   S t e a dy   s t a t e   w a v e fo r m s   o f   t h e   o pe r a t i o n  m o de s   of   m ul t i p l e   i n p ut   c o n v e r t e r    w i t h  H C  a n d   S C  ha v i n g  c o m m o n   i n pu t   po r t       4.   R ES U LTS   T o   f ur t h e r   v a l i d a t e   t hi s   h y b r i di z a t i o n   t o po l o g y ,   t h e   e xpe r i m e nt a l   r e s ul t s   o b t a i n e d  by   [25]   i n   t h e i r   r e s e a r c h  w h i c h   i n v o l ve d  t h e   c o m b i n a t i o n  o f   b a t t e r y ,   S Cs   a n d   F ue l   c e l l s   w a s   us e d  t o   c o m pa r e   t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   i n d i v i dua l   c o nt r o l l e r   t o po l o g y   t o   t h e   n o v e l   t o p o l o g y   pr o po s e d  i n   t hi s   r e s e a r c h .   F i gu r e   7 (a )  i s   t h e   l o a d   pr o f i l e   ob t a i n e d  f r o m   t h e i r   e xpe r i m e nt ,   t h e   a r e a s   s h a de d  gr e e n   r e pr e s e nt   a   pe r i o d  of   i n c r e a s i n g  s pe e d  of  t h e   e l e c t r i c   v e h i c l e ,   t h e   pu r pl e   r e gi o n   i s   f o r   w h e n   t h e   v e h i c l e   m o v e s   a t   c o n s t a nt   s pe e d,   t h e   r e d  r e gi o n   r e p r e s e n t s   a   pe r i o d  of   a c c e l e r a t i o n   w h e r e   t h e   v e h i c l e   o ve r t a ke s   a n o t h e r   v e h i c l e   a n d  f i na l l y   t h e   y e l l ow   r e gi o n   r e pr e s e nt s   w h e n   t h e   v e h i c l e   i s   de c e l e r a t i ng.   T hi s   l o a d  p r o f i l e   c l o s e l y   r e p r e s e n t s   a l l   t h e   m a j o r   e v e n t s   t ha t   o c c ur   i n   t h e   dri v i ng  c y c l e   of   a   v e h i c l e .   In  F i gu r e   7 (b )  a   s u m m a r y   of   t he   r e s ul t s   o b t a i n e d  i n   t h e i r   r e s e a r c h   i s   p r e s e n t e d.   T h e y   f i r s t   t r i e d  t o   us e   e a c h   o f   t h e   t hr e e   e n e r gy   s t o r a ge s   (i . e .   F ue l   c e l l s ,   S upe r c a p a c i t o r s   a n d  B a t t e ri e s )  i n di v i du a l l y   a n d  t w o   i n   c o m b i n a t i o n   t o   e v a l ua t e   t h e i r   pe r f o r m a n c e s   b ut   t h e   a ut h o r s   r e po rt e d  t h a t   t h e   be s t   pe r f o r m a n c e s   w e r e   o b t a i n e d   w h e n  a l l   t h e   t hr e e   e n e r gy   s t o r a g e   de v i c e s   w e r e   h y b r i di s e d  t o ge t h e r .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   1 6 ,   N o .   2 ,  N o v e m be r   2 01 9   :     61 4 - 62 2   6 20     (a )     (b )     F i gu r e   7 .   G ra p h  o f   (a )  t h e   r e a l i s t i c   l o a d  p r o f i l e   o b t a i n e d  f r o m   t h e   e l e c t r i c   m i n e   v e h i c l e   a nd  (b )  t h e   r e s po n s e   o f   F ue l   c e l l ,   S upe r c a pa c i t o r s   a n d   t h e   B a t t e r y   t o   t h e   l o a d   p r o f i l e   pr e s e nt e d  i n  ( a )  [25]       T h e   l o a d   pr o f i l e   t h e y   ob t a i n e d  w a s   us e d   t o  c o m pa r e   t h e   pe r f o r m a n c e s   of   H Cs ,   S Cs   a n d  b a t t e r y   h y b r i di z e d  t o ge t h e r   us i ng  a   di f f e r e n t   c o nt r o l   s t r a t e gy   a s   i s   pro pos e d  i n   t hi s   p a pe r   a nd  t h e   r e s ul t s   a r e   p r e s e nt e d  i n   F i gu r e   8 .   T h e   t o po l o g y   of   e a c h   e n e r gy   s t o r a ge   i s   p r e s e nt e d  i n   F i gu r e   8 ( a ),   c o m pa ri n g  1 5  (a )  t o   15  (b )  It   i s   ob s e r ve d  t ha t   po w e r   i s   s t i l l   a de qua t e l y   d e l i v e r e d  t o   t h e   l o a d   i n   F i gu r e   8 (b )  i n   w h i c h   t h e   n o v e l   h y b r i di z a t i o n   t o po l o g y   i s   i m pl e m e n t e d,   t h e r e f o r e ,   t h e   pr o po s a l   t h a t   t h e   S Cs   a n d  H Cs   do   n o t   n e e d  t o  e a c h   h a v e   i n d i v i dua l   c o n t r o l l e r s   i s   v a l i da t e d.   I n   b o t h   F i gu r e   8 (a )  a nd  F i gu r e   8 (b ),   i t   c a n   b e   ob s e r v e d  t ha t   t h e   b a t t e r y   a t   r e s t   a l m o s t   t hr o ugh o ut   t h e   d r i v i n g   c y c l e ,   t hi s   i s   b e c a us e   t h e   c o n t r o l   s t ra t e gy   a ppl i e d  h e r e .   I t   w a s   de s i gn e d  s uc h   t ha t   a l l   c urr e n t   r e qu i r e m e n t   f r o m   t h e   l o a d  t ha t   e xc e e de d  2  A   i s   s uppl i e d  by   e i t h e r   t h e   H C  o r   S C,   de pe ndi n g   o n   i f   t h e y   ha d  a n   i n di v i du a l   c o n t r o l l e r   o r   w e r e   bo t h   h a r dw i r e d  t o ge t he r .   I t   c a n   a l s o   b e   ob s e r v e d  t h a t   t h e   l o a d  p r o f i l e   us e d  h a s   a   pe a k  c urr e n t   v a l ue   of   o n l y   5  A   w h i c h   i s   f a r   s m a l l e r   t h a n   t h e   60  A   i n   F i gu r e   4   a n d  F i gu r e   4 ,  t h e r e f o r e   t h e   c o n t r o l   s t r a t e gy   w a s   s c a l e d  dow n   a pp r o p r i a t e l y   t o   r e f l e c t   t h e   r e duc t i o n   o f   t h e   c urr e n t   i n   t h e   l o a d  pr o f i l e   us e d  f o r   t h e   e xpe r i m e n t a t i o n .           (a )     ( b)     F i gu r e   8 .   R e s po n s e   of   t h e   e n e r gy   s t o r a ge   de v i c e s   un de r  a n  e xpe r i m e n t a l   l o a d  p r o f i l e   w i t h   ( a )   i n d i v i dua l   pow e r   c o n t r o l l e r s   a nd  (b )  t h e   p r o po s e d  h y b r i d i z a t i o n   t o po l o g y       5.   C O N C LU S I O N   In   t h i s   r e s e a r c h,   t h e   h y b r i di z a t i o n   o f   t hr e e   e n e rgy   s t o r a g e s   b a t t e r y ,   s upe r c a pa c i t o r s   a nd  h y b r i d  c a pa c i t o r s   i s   p r o po s e d  i n   o r de r   t o   i n de pe n de n t l y   e xpl o i t   t h e   a dv a nt a ge s   o f   e a c h   of   t h e   t hr e e   e n e r gy   s t o r a ge   de v i c e s .   T h e   c o m b i n a t i o n   o f   bo t h   s upe r c a p a c i t o r s   a nd  h y b r i d  c a pa c i t o r s   i s   v a l i da t e d  f r o m   e xpe r i m e nt a l   da t a ,   t h e r e f o r e   e l e c t r i c   v e h i c l e   m a n uf a c t u r e r s   do   n o t   h a v e   t o   be   c o n s t ra i n e d  t o   c h o o s i n g  j us t   e i t h e r   o f   t h e m ,   b ut   t h e y   c a n   b o t h  b e   c o m b i n e d  t o   t a ke   a dv a n t a ge   o f   t h e   h i g h  po w e r   de n s i t y   a n d  hi g h  e n e r gy   de n s i t y   of   t h e   s upe r c a pa c i t o r  a nd  h y b r i d  c a p a c i t o r  r e s pe c t i v e l y .     B a t t e ri e s   c a n   n o w   be c o m e   s m a l l e r   s i n c e   t h e y   d o   n o t   n e e d  t o   b e   s i z e d  fo r   pe a k  po w e r   b ut   s t r i c t l y   fo r   hi g h   e n e r gy   de n s i t y   o pe r a t i o n s .   T h e   p r o s pe c t s   of   us i n g  m u l t i p l e - i n pu t   D C - D C  c o n v e r t e r s   i s   a l s o   pr e s e n t e d  a n d  a   t o po l o g y   t h a t   f i t s   pe r f e c t l y   i n t o   t h e   r e qui r e m e n t s   f o r   a ppl i c a t i o n   i n   e l e c t ri c   ve h i c l e s   i s   a na l y z e d.   T h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       H y br i di s a t i o n  o f   b at t e r y ,   s u pe r c apac i t or   and   h y br i d   c a pac i t o r   f or   l oad   app l i c at i ons     . . . .   ( Im m anue l   N .   J i y a)   621   b a l a n c e   po i n t   o f   c o m b i n i n g  s u pe r c a p a c i t o r s   a n d  h y b r i d  c a pa c i t o r s   f o r   e l e c t ri c   v e h i c l e   a ppl i c a t i o n s   i s   de t e r m i n e d  a n d  p r e s e n t e d .   T h e   pr o po s e d  h y b r i di z a t i o n   t o po l o g y   i s   a l s o  v a l i da t e d  us i n g  e xpe r i m e n t a l   r e s ul t s   f r o m   a   pr e v i o us   r e s e a r c h .   T h e   a pp l i c a t i o n   of   t h e   t o p o l o g y   pr o pos e d   i n   t hi s   pa pe r   i s   n o t   l i m i t e d  t o   o n l y   e l e c t r i c   v e h i c l e s   b ut   c a n   b e   e xt e n de d  t o   o t h e r   a pp l i c a t i o n s   w i t h   a   s i m i l a r   l o a d  p r o f i l e   e s p e c i a l l y   r e n e w a b l e   e n e r gy   a ppl i c a t i o n s .       A C K N O WL ED G E M EN TS   T h i s   m a t e ri a l   i s   b a s e d  o n   r e s e a r c h / w o r k  s uppo r t e d  w h o l l y   /   i n  pa rt   by   t h e   N a t i o na l   R e s e a r c h   F o un da t i o n   (N R F )  o f   S o ut h   A f r i c a   (G ra n t   N um b e r s :   1 1223 6).   T h e   r e s e a r c h   f i n d i n gs   a r e   t ha t   o f   t h e   a ut h o r s   a n d  n o t   t ha t   o f   t h e   N R F .       R EF ER EN C ES     [ 1]   L .   S e t y a w a n,   e t   a l . ,   “ H y br i di z a t i o n  o f   e ne r gy   s t o r a g e s   w i t h  d i f f e r e nt   r a m p  r a t e s   i n  D C   m i c r o g r i ds , ”   i n  20 15  I E E E   I nt e r n at i on al   C on f e r e nc e   on   I n dus t r i a l   T e c hno l ogy   ( I C I T ) ,  pp .   131 7 - 1322 ,  2 015 .   [ 2]   A .   S .   T a l h a r   a nd  S .   B .   B o dkhe ,   “ T he   g l o ba l   s ur v e y   o f   t he   e l e c t r i c a l   e ne r gy   di s t r i b ut i o n  s y s t e m   :   a   r e v i e w , ”   I nt e r n at i on al   J o ur n al   o f   E l e c t r i c al   a nd  C om pu t e r   E n gi ne e r i n g  ( I J E C E ) ,   v o l .   9 ,   pp .   2247 - 22 55 ,   2019 .   [ 3]   M .   R .   B .   K ha n,   e t   a l . ,   “ E n e r g y   m a na g e m e nt   s y s t e m   f o r   P V - B a t t e r y   m i c r og r i d  b a s e d  o n  m o de l   p r e d i c t i v e   c o nt r o l , ”   I ndo ne s i an   J our nal   o f   E l e c t r i c a l   E ngi ne e r i ng   and   C om p ut e r   Sc i e nc e   ( I J E E C S) ,   v o l .   15 ,   pp .   20 - 25 ,   2 019 .   [ 4]   M .   R .   B .   K h a n ,   e t   a l . ,   “ O p t i m a l   g r i d - c o nne c t e d  P V   s y s t e m   f o r   a   c a m pus   m i c r o g r i d, ”   I n done s i an  J our n al   o f   E l e c t r i c al   E ng i ne e r i ng   a nd  C om pu t e r   S c i e nc e   ( I J E E C S) ,   v o l .   1 2,   p p.   899 - 90 6,   20 18.   [ 5]   I .   C ho t i a   a nd  S .   C ho w dhur y ,   “ B a t t e r y   s t o r a g e   a nd   hy br i d  b a t t e r y   s upe r c a pa c i t o r   s t o r a g e   s y s t e m s :   A   c o m pa r a t i v e   c r i t i c a l   r e v i e w , ”   i n   201 5  I E E E   I n nov at i v e   Sm ar t   G r i d   T e c hn ol o gi e s   -   A s i a   ( I SG T   A S I A ) ,   pp .   1 - 6 ,  20 15 .   [ 6]   M .   A .  Z a m a n  a nd  M .   H .   R a h a m a n ,   “ C o o r di na t e d  c o nt r o l   o f   i nt e r c o nne c t e d  m i c r o g r i d  a nd  e ne r gy   s t o r a g e   s y s t e m , ”   I nt e r n at i on al   J o ur n al   o f   E l e c t r i c al   a nd  C om pu t e r   E n gi ne e r i n g  ( I J E C E ) ,   v o l .   8 ,   pp .   4781 - 47 89 ,   2018 .   [ 7]   I .   N .   J i y a ,   e t   a l . ,   “ E l e c t r i c a l   c i r c ui t   m o de l l i ng   o f   do ubl e   l a y e r   c a pa c i t o r s   f o r   po w e r   e l e c t r o ni c s   a n d  e ne r gy   s t o r a g e   a ppl i c a t i o ns :   A   r e v i e w , ”   E l e c t r on i c s ,   v o l .   7 ,   p p .   268 ,   O c t   20 18.   [ 8]   F .   A ka r   a nd  V .   B ul e nt ,   “ B a t t e r y / U C   h y br i di z a t i o n  f o r   e l e c t r i c   v e hi c l e s   v i a   a   no v e l   do ubl e   i n put   D C   /   D C   po w e r   c o n v e r t e r , ”   3 r d  I n t e r na t i o nal   C on f e r e nc e   on  E l e c t r i c   P ow e r   and  E ne r gy   C onv e r s i on  Sy s t e m s   ( E P E C S) ,  pp.   3 - 6 ,  2013 .   [ 9]   A .   B .   C ul t u r a   a n d  Z .   M .   S a l a m e h,   “ M o de l i ng ,   E v a l u a t i o n  a nd  S i m ul a t i o n  o f   a   S upe r c a pa c i t o r   M o dul e   f o r   E ne r g y   S t o r a g e   A ppl i c a t i o n, ”   i n  P r oc e e di ng s   of   t he   I nt e r na t i ona l   C onf e r e nc e   on  C om put e r   I nf or m at i on  S y s t e m s   and   I ndu s t r i al   A pp l i c a t i ons ,  p p .   8 76 - 882 ,  2015 .   [ 10]   V .   J .   N a g a r a j a h,   e t   a l . ,   “ P e r f o r m a nc e   a n a l y s i s   o f   s upe r c a pa c i t o r s   f o r   t r a ns po r t a t i o n  i ndu s t r y , ”   I ndo ne s i a n  J ou r na l   o f   E l e c t r i c al   E ng i ne e r i ng   a nd  C om pu t e r   S c i e nc e   ( I J E E C S) ,   v o l .   1 3,   p p.   103 1 - 1038 ,   2019 .   [ 11]   J .   M .   J .   M .   M i l l e r ,   e t   a l . ,   “ W hy   h y br i d i z a t i o n  o f   e ne r gy   s t o r a g e   i s   e s s e n t i a l   f o r   f ut ur e   hy br i d ,   p l ug - i n  a nd  ba t t e r y   e l e c t r i c   v e h i c l e s , ”   i n   200 9  I E E E   E ne r gy   C on v e r s i on   C ong r e s s   and   E x pos i t i o n,   E C C E   200 9 ,  pp .   261 4 - 2620 ,  200 9 .   [ 12]   N .   O m a r ,   e t   a l . ,   “ A s s e s s m e n t   o f   l i t hi um - i o n  c a pa c i t o r   f o r   us i ng   i n  ba t t e r y   e l e c t r i c   v e hi c l e   a nd  hy br i d  e l e c t r i c   v e hi c l e   a ppl i c a t i o ns , ”   E l e c t r oc hi m i c a   A c t a ,   v o l .   86 ,   pp .   305 - 315 ,   D e c   20 12 .   [ 13]   S .   P a y   a nd  Y .   B a g hz o u z ,   “ E f f e c t i v e ne s s   o f   ba t t e r y - s upe r c a p a c i t o r   c om bi na t i o n  i n  e l e c t r i c   v e hi c l e s , ”   i n  2 003  I E E E   B ol og na   P ow e r T e c h  -   C on f e r e nc e   P r oc e e di ngs ,  v o l .   3,   p p.   72 8 - 733 ,  200 3 .   [ 14]   D .   S t r o e ,   e t   a l . ,   “ A c c e l e r a t e d  a g i ng   o f   l i t h i um - i o n  ba t t e r i e s   ba s e d   o n  e l e c t r i c   v e hi c l e   m i s s i o n  pr o f i l e , ”   i n  2017  I E E E   E ne r gy   C onv e r s i on   C o ngr e s s   a nd  E x po s i t i on   ( E C C E ) ,  p p.   56 31 - 56 37 ,  20 17 .   [ 15]   N .   O m a r ,   e t   a l . ,   “ L i t hi um - i o n  c a pa c i t o r   -   A dv a nc e d  t e c hno l o gy   f o r   r e c ha r g e a bl e   e n e r g y   s t o r a g e   s y s t e m s , ”   i n  2013   W or l d  E l e c t r i c   V e hi c l e   S y m po s i um   an d  E x h i bi t i on   ( E V S27) ,   v o l .   6,   pp.   1 - 11 ,  2013 .   [ 16]   S .  C a pa c i t o r ,   “ N e w   pr o duc t :   E ne r g y   s t o r a g e   c a pa c i t o r , ”   N e w s   ( N e w   P r oduc t ) .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a bl e :   ht t p: / / w w w . s a m w ha . c o m / c a pa c i t o r / ne w s / ne w s _pr o duc t 5 . a s px .   [ 17]   A .   M .   A t a l l a h ,   e t   a l . ,   “ D e s i g n  o f   pho t ovo l t a i c ,   ba t t e r y / ul t r a c a p a c i t o r   hy br i d  po w e r   s y s t e m   t o   e l e c t r i f y   m i ni - s a t e l l i t e s , ”   i n  2 016  18 t h  I nt e r na t i ona l   M i d dl e - E a s t   P ow e r   Sy s t e m s   C onf e r e nc e ,   M E P C O N   2016  -   P r oc e e di ng s ,   pp .   670 - 674 ,  2016 .   [ 18]   A .   G e e   a nd  R .   D unn ,   “ N o v e l   ba t t e r y   /   s upe r c a pa c i t o r   hy br i d  e ne r g y   s t o r a g e   c o nt r o l   s t r a t e g y   f o r   ba t t e r y   l i f e   e xt e ns i o n  i n  i s o l a t e d  w i nd  e ne r gy   c o nv e r s i o n  s y s t e m s , ”   i n  45t h   I nt e r na t i ona l   U ni v e r s i t i e s   P ow e r   E ngi ne e r i ng  C onf e r e nc e   ( U P E C )   2010 ,  pp .   1 - 6 ,  20 10 .   [ 19]   D .   V .   R a g o ne ,   “ R e v i e w   o f   ba t t e r y   s y s t e m s   f o r   e l e c t r i c a l l y   po w e r e d  v e hi c l e s , ”   SA E   T e c hni c al   P ape r   680453 ,   pp.   1 - 9,   F e b   19 68 .   [ 20]   V .   A r a v i nda n ,   e t   a l . ,   “ I ns e r t i o n - t y pe   e l e c t r o de s   f o r   no na que o us   L i - i o n  c a pa c i t o r s , ”   C he m i c a l   R e v i e w s ,   vo l .   114 ,   pp.   11619 - 11 635 ,   2014 .   [ 21]   I .   N .   J i y a ,   e t   a l . ,   “ H y br i di z a t i o n  o f   ba t t e r y ,   s upe r c a pa c i t o r   a nd  hy br i d  c a pa c i t o r   f o r   e l e c t r i c   v e hi c l e s , ”   i n  201 8  I E E E   P E S/ I A S   P ow e r A f r i c a ,  p p.   19 - 24 ,  201 8 .   [ 22]   J M   E ne r gy   C o r po r a t i o n,   “ L i t h i um   i o n  c a pa c i t o r   U L T I M O , ”   D at as he e t .   [ O nl i ne ] .   A v a i l a bl e :   ht t p: / / w w w . j m e ne r gy . c o . j p / pdf / U L T I M O   B r o c ur e - e n. pdf .   [ 23]   B e t t a - B a t t e r i e s ,   “ L e a d  c r y s t a l   b a t t e r i e s   t he   po w e r   o f   t o m o r r o w , ”   D at a s he e t .   [ O nl i ne ] .   A v a i l a bl e :   ht t p: / / w w w . l e a dc r y s t a l ba t t e r i e s . c o m / m e di a / w y s i w y g / N E W D A T A S H E E T S / 12V / 6_C N F J - 200 . pdf .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   1 6 ,   N o .   2 ,  N o v e m be r   2 01 9   :     61 4 - 62 2   622   [ 24]   H .   J .   R a u t e n ba c h,   e t   a l . ,   “ D e v e l o pm e n t   o f   s m a r t   c o nt r o l l e r   f o r   f ue l   c e l l   a nd  s upe r c a pa c i t o r   a pp l i c a t i o n  i n  e l e c t r i c   v e hi c l e s , ”   i n   23 r d  S out he r n  A f r i c a n  U n i v e r s i t i e s   P ow e r   E ngi ne e r i n g  C on f e r e nc e ,   28   -   30  J anu ar y   201 5 ,  pp .   8 7 - 92 ,  2015 .   [ 25]   M a xw e l l . c o m ,   “ D a t a s he e t   K 2  ul t r a c a pa c i t o r s   2 . 7V   s e r i e s   f e a t ur e s   a nd  b e ne f i t s , ”   D at as he e t .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   ht t p: / / w w w . m a xw e l l . c o m / i m a g e s / do c um e nt s / K 2S e r i e s _D S _1 0153 7 0_5_2 0141 104 . pdf .       B I O G R A P H I ES   O F   A U T H O R S             I m m a nue l   N i nm a .   J i y a   w a s   bo r n  i n  B i d a ,   N i g e r   S t a t e ,   N i g e r i a   i n  1993 .   H e   r e c e i v e d  t he   B . E ng .   de g r e e   i n  E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t r o ni c   E ng i ne e r i ng   f r o m   t he   F e de r a l   U ni v e r s i t y   of   T e c hno l o gy ,   M i n na ,   i n  2016 .   A nd  c o m pl e t e d  t he   M .   E ng .   de g r e e   i n  E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t r o ni c s   E ng i n e e r i ng   a t   N o r t h - W e s t   U n i v e r s i t y ,   P o t c he f s t r o o m   2520,   S o u t h  A f r i c a   i n   201 8.   H e   i s   c ur r e n t l y   c o nt i nu i ng   hi s   r e s e a r c h  c a r e e r   w i t h  a   P hD   de g r e e   i n  E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t r o ni c s   E ng i ne e r i ng   a t   N o r t h - W e s t   U ni v e r s i t y ,   P o t c he f s t r o o m   2520,   S o ut h  A f r i c a .   H i s   r e s e a r c h  c ur r e n t   r e s e a r c h  a r e a   i s   P o w e r   E l e c t r o n i c s   w i t h   a   s pe c i a l   i n t e r e s t   f o r   e n e r g y   s t o r a g e s ,   e c o no m i c s   a nd  m a na g e m e n t .         N i c o l oy   G ur us i ng he   ( M ’ 13 )   r e c e i v e d  t he   B . S c . ( E ng . )   d e g r e e   f r o m   U ni v e r s i t y   of   M o r a t uw a ,   S r i   L a nka ,   i n  20 11  a nd  t he   P h . D .   de g r e e   f r o m   t he   U ni v e r s i t y   o f   W a i ka t o ,   H a m i l t o n,   N e w   Z e a l a nd ,   i n   2016 .   H e   w a s   a   R e s e a r c h  F e l l o w   a t   N o r t h - W e s t   U n i v e r s i t y ,   P o t c he f s t r o o m ,   S o ut h  A f r i c a   f r o m   2017  t o   2018 .   S i nc e   20 18,   h e   ha s   b e e n  a   R e s e a r c h  A s s oc i a t e   o f   P o w e r   E l e c t r o ni c s   a t   Q ue e n’ s   U ni v e r s i t y   B e l f a s t ,   B e l f a s t ,   U . K .   H i s   r e s e a r c h  i n t e r e s t s   i nc l ude   m o de l l i ng   a nd   c o nt r o l   o f   dc – dc   c o n v e r t e r s ,   s upe r c a pa c i t o r   a p pl i c a t i o ns   a nd  e ne r gy   s t o r a g e   s y s t e m s   f o r   r e n e w a b l e   e n e r g y   a ppl i c a t i o ns .       R upe r t   G o uw s   ho l ds   a   P h . D .   d e g r e e   i n  E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t r o n i c   E ng i ne e r i ng   f r o m   t he   N o r t h - W e s t   U n i v e r s i t y   ( P o t c he f s t r o o m   c a m pus ) .     H e   c o ns ul t e d  t o   a   v a r i e t y   of   i ndus t r y   a nd  pu bl i c   s e c t o r s   i n  S o ut h   A f r i c a   a nd  o t he r   c o unt r i e s   i n   t h e   f i e l d s   o f   e ne r g y   e ng i ne e r i ng   a nd  e ne r gy   m a na g e m e nt .   H e   i s   c ur r e n t l y   a ppo i nt e d  a s   a n  A s s o c i a t e   P r o f e s s o r   s p e c i a l i z i ng   i n  e ne r gy   e ng i ne e r i ng ,   e l e c t r i c a l   m a c h i ne s   a nd  c o nt r o l   a t   t he   N o r t h - W e s t   U ni v e r s i t y .   T he   E ng i n e e r i ng   C o unc i l   o f   S o ut h  A f r i c a   ( E C S A )   r e g i s t e r e d  h i m   a s   a   P r o f e s s i o na l   E ng i ne e r   a n d  t he   A s s o c i a t i o n  o f   E ne r gy   E n g i ne e r s   ( A E E )   c e r t i f i e d  hi m   a s   a   C e r t i f i e d  M e a s u r e m e n t   a nd  V e r i f i c a t i o n   P r o f e s s i o na l   ( C M V P ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.