Internati o nal  Journal of P o wer Elect roni cs an Drive  S y ste m  (I JPE D S)  Vol .   7 ,  No . 2,  J une   2 0 1 6 ,  pp . 47 2~ 48 0   I S SN : 208 8-8 6 9 4           4 72     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJPEDS  Performance Evaluation of Mode lling and Simulation of Lead  Acid B a t t eri es  for Photovoltai c Applications       A. Selmani*,  A.  Ed -Dahh a k**, M.   Ou tanou t e*, A.  L a chhab**,  M.  Guerb aoui*  and B. B o uc hik h i*    * Sensors Electr onic  & Instrumentation  Team, D e partment of Ph y s ics ,  Facu lty   of  Scien ces,  Moulay  Isma ïl  Unive r sity , Me kne s ,  Morocc ** Modelling S y stems Control  an d Telecommunications  Team,  High School of  Technolog y ,     Moulay  Isma ïl  Unive r sity , Me kne s ,  Morocc       Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Sep 22, 2015  Rev i sed   Feb 4, 20 16  Accepted  Feb 23, 2016      Lead- acid  bat t er ies  have  been  th e m o s t  widel y  u s ed energ y  s t or a g e units  in   stand-alon e pho tovoltaic (PV) applicat ions. To  make a full u s e of those  batteries and to  improve their lifecy c l e ,  high p e rform ance  char ger is  ofte n   required .  The i m p lem e ntation  of an advance d  charger need s  accurat e   inform ation on the batte ries inte rnal pa rameters. In this work,  we selected   CIEMAT m odel because of its  good perform ance to de al with  the widest   range of lead acid batteries. The pe rform ance  evalua tion  of t h is m odel is   based on the  co-sim ulation  L a bVIEW / Multisi m .  W ith the i n tention of   determining  the  impact of th e ch arging  process on batteries ,  the b e haviour o f   differen t  in tern al par a meters of  th e ba tte r ie wa s simu lated.  During  the   charging m ode,  the valu e of the  current m u s t  decre a s e  when th e batt eries   s t ate  of  charg e  is  clos e  to  be  full y charg e d.     Keyword:  Battery charge CIEMAT  Lab V IE W/M u l tisim   Lead aci batteries  M odel l i n g   Pho t ov o ltaic   Copyright ©  201 6 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r B e nachi r  B o uc hi k h i ,   Sens ors  El ect r oni Inst rum e nt at i on  Team , De part m e nt  of  Phy s i c s,     Faculty of Scie nces Me kne s,  Moulay Ism a ïl Uni v ersity  B.P.  1 1201 , Zit o un e, 500 03 Mek n e s, Maroc,    E-m a il :  benac h i r .b o u chi khi @ g m a il .com       1.   INTRODUCTION   Batteries are i n fl u e n tial co mp on en t in  stand - al o n e  PV syste m s so  th ey  are th e o r i g in   o f  th e failure  an d  l o ss of d e p e nd ab ility. Th ey g u aran tee an  un in terru p t ed  po wer su pply to  th e lo ad  an d  co m p en sate th p o wer p r o d u c t i o n  d e ficien cy  wh en ev er weath e con d itio n s  are critical. To redu ce the qu an tity of  p h y sical   testing with a specific application,  an acc urate syste m   m o delling of batteri es is require d fo r an ap p r o p riat e   an alysis and   sim u la tio n .  B u m o d e llin g  and esti m a tio n  of  batteries state  of cha r ge a r known as  one  of the   m o st  co m p l e x t a sks. M o st  of  m odel s  necessi t a t e  t h e kn owl e dge  o f  p r o p e r  param e t e rs wh ose v a l u es  hav e  t o   b e   b u ilt-in   for each  sp eci fic b a ttery d e sign  an d cap acity. Th is  requ ires a com p le te testin g  p r o cess th at is o f ten  bey o nd t h e us ual  dat a s h eet  of t h e c o nst r u c t o r w h i c h i s   at  once  pri cey  and t i m e consum i ng. The r e f o r e ,   bat t e ri es beha v i ou r has bee n   basi cal l y  l a bel l ed by  m a ny  au t h o r s, an d seve ral   m a t h em ati c al   m odel s  have  bee n   defi ned  [ 1 ] [4 ] .  To  av oi d  t h ose m a t h em at ical  desc ri pt i o n s  w h i l e  e v al ua t i ng  bat t e ri es  out put  v o l t a ge,  a  ne w   fu zzy b a sed  mo d e l fo Nick el  Cad m iu m  (Ni-Cd ) b a tteries  was p r o p o s ed  [5]. Also , th e ex ten d e d  Kalm an  filter  is able to keep an exce p tion a l p r ecisi o n  i n  SOC estim a tio n  of Lith ium - io n  b a tteries [6 ]. Ho wev e r, th adva ntage  of t h e battery m odels el aborate d  by Monegon and CIEMAT  is  unde rline d   unde r their abi lity  to   cope   wi t h  t h e   wi dest   ra nge  o f  l ead  aci d  b a t t e ri es an re q u i r es  fe w m a nufact ure  pa ra m e t e rs [7] [ 1 1 ] . Th e   v a lid ity o f  su ch  m o d e ls was  an alysed  in  term o f  th ei r capab ility to  rep r esen t vo ltag e  ev o l u tio n   of b a t t eries   du ri n g   c h ar ge and   di sc har g e pr ocesses .  As a  res u l t ,   CIEM AT m odel  proofs  a  good re presentation c o m p ared  t o  M o neg o n   m odel  [12] S o we c hos e t h e f o rm er  m odel  as a n  eq ui val e nt  ci rc ui t  st ruct u r fo r l ead-aci Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 2,  Ju ne 20 16   :   472  –  4 80  47 3 b a tteries si mu latio n .  Th is  m o d e l an d its i m p l e m e n tatio n  wh ich is b a sed  on  th e co-simu l atio LabVIE W/Mul tisim are described in detail. This co-sim ula tion is able to provide accura te sim u lation results  and a ve ry  fast  sim u l a ti on spee d. The r e b y ,  i t  reveal s t h e st ro n g  i n st ant a ne ou s rel a t i ons hi p bet w e e n t h e   internal  batteri es pa ram e ters and  the c h a r gi ng  cu rre nt  rate.       2.   BATTERY MODEL   2. 1.   Equivale n t Ci rcuit  Ou r st u d y  i s  fo un de d o n  t h m odel  t h at  was est a bl i s hed  b y  “C ent r de I nve st i g aci o n es  Ener gét i cas,   Medioam b ientales y Tecnológicas” (C IEM A T )  an base d  o n  t h e  ci rc ui t  sho w n i n  Fi gu re  1. T h i s  e q ui val e n t   circuit is com pos ed  of a  vol tage source  V 1   in  series  with in tern al  resist an ce  R 1   wh ich th eir ch aracteristic s   depe n d o n  s o m e  param e t e rs suc h  as i n t e r n a l  t e m p erat ure  ( T ) a n SOC         Fi gu re  1.  B a t t e ry  m odel  eq ui v a l e nt  ci rcui t       The i m pl em ent a t i on o f  t h m odel  of  n s  c e lls in series  im plies necess a rily assigni ng dissim i lar  expressi ons t o  the values  of  V 1  and  R 1  in  each  d i fferen t m o d e We li m i t o u r  stud y to  th e two  m a in   m o d e s of  ope rat i o n:  cha r ge a nd  di sch a rge .  Fo r t h i s  reaso n , m a t h em at i cal form ul at i ons ar e gi ven  by  t h e fo l l o wi n g   equat i o ns:     Ch argi n g  mo de  The electrom o tive force  V 1  an d  th e in tern al  resisto r   R 1  are  fun c t i ons  of t h e i n t e r n al  co m ponent s o f   th e b a ttery:      1 1 0. 8 6 1. 2 10 11 (2 0 . 1 6  ) 60 . 4 8 0. 036 1 0 . 025 1( 1 ) s bat s ba t ba t b a t Vn S O C I Rn T CI S O C VV R I        (1 )     Whe r n s  is t h e cells nu m b er,  T  is th e v a riatio n   of th e b a ttery in tern al temp erat u r e ( T bat  ) ,  SO C  is th b a ttery  state of charge at a  given time,  I bat  is  th e in stan tan e o u s  b a ttery cu rren t ,  V bat  is th in stan tan e ou s b a ttery  vol t a ge , a n d   C 10  is th rated  cap acity.    Discharging mode   The m a the m atical equati ons  a r e a n alogous t o  those  fo und  at charging m ode  with   a sort of differe n ce   conce r ni n g  t h e  val u e s .      1 1 1. 3 1 . 5 10 11 2. 085 0. 12  ( 1 -   ) 40 . 2 7 0. 02 1 0 . 007 1 s bat s bat ba t b a t Vn S O C I Rn T CI S O C VV R I       (2 )     2. 2.   Capaci tor  Model  The capaci t y  m odel  i s  defi n e d by  t h e fol l owi ng e quat i o n (3 ). T h e val u e of t h e i n t e r n al  capaci t y   ( C bat ) is settled  fro m  th e exp r essi on  of th e cu rren I 10 w h i c h m a t c h up  t o  t h ope rat i ng  spee of t h e rat e d   cap acity o f  th b a ttery  C 10 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Perfo r man ce Eva l ua tio n o f  Mo d e lling   a n d   S i mu l a tio n o f   Lea d  Acid Ba tteri es fo r …   ( B e n a c hi r B ouc hi k h i )   47 4  0. 9 10 10 1.67 1 0 .005  ( T 25 ) 10 . 6 7 ba t bat ba t C C I I       (3 )     The instanta ne ous calculate d capacity  C bat   is  u s ed  to  esti m a te th SOC  [1 3 ] , as dem onst r a t ed i n  t h e equa t i ons   bel o w:     () ( 1 ) 0( ) 1 ba t bat I SOC t SOC t C SO C t     (4 )     2. 3.   Thermal Model  Equ a tio n  ( 5 )  ev alu a tes th e chan g e  in  electrolyte te m p eratu r e, du e to th e intern al resistiv e lo sses  and  the am bient tem p erature    [9], [14] The  t h erm a l   m odel  i s  de fi ne by  a  first ord e d i fferen tial equ a tion   with   param e t e rs fo t h erm a l  resi st ance a n d  cap aci t a nce. T h i s   has  bee n   do ne  by  t h fol l o wi n g  e quat i o n:     0 0 (1 ) 1 () t ba t a bat s oo TT Tt T P d CR        (5 )     Whe r T bat  is t h e b a ttery’s tem p eratu r e in  °C;  T 0   is th e b a ttery’s in itial   te m p eratu r e in  °C , expected  to be   equal t o  the  ne arby am bient te m p erature;  P s  is th R 1 I bat 2  powe r los s  of the internal  resis t ance  R 1  in   Watts;  R o   is th e th erm a resistan ce in   °C/W atts;  C o   is th e th erm a l cap acitan ce in   Jo u l es/° C is an  in teg r ation  ti me   v a riab le; and   is th e sim u latio n  tim e in  seco nd s.    Ev en  tho ugh  th e b a ttery m o du le is co m p o s ed  of m o re than one elem ent, a single tem p erature for the   electro lyte o f  th e co m p lete  mo du le  was adop ted .       3.   BATTERY MODEL SIMULATION ST RUCT URE   Th Nation a l  In stru m e n t s Co mm u n ity p r esen ts th e prin cip l o f  co-si m u l atio n  usin g th e two   si m u lato rs LabVIEW and  Multisi m   [1 5 ] . Th erefore,  th battery  m o d e lli n g  an d  sim u lat i o n  are  d e v e l o p e d  i n   th e fo llowing   man n e r. Firstly, th e stag e ci rcu itry is  d e si g n e d  i n  M u ltisi m  wh ich con t ain s  t h ree parts: an  equi val e nt  ci rc ui t   m odel ,  a char ge o r  di sch a rge m ode swi t cher, a nd a t h erm a m odel .  The n  t h e Lab V IE code t o  m oni t o r t h e ci rc ui t  i s  devel o pe d,  l o cat ed i n si de  of a Lab V IE W  c o nt r o l  bl o c , and c o u p l e d t o  t h Mu ltisi m  circu it fo r co-sim u l atio n .   Th e two sim u lato rs u s ually ex ch ang e   d a ta in  a syn c hron ised and   v a riab le  ti m e  step   m a n n er. Th e flowch art  o f  t h e prop o s ed  La bVIEW / M u ltisi m  b a ttery  m o d e l sim u la tio n  is sho w n   i n   the Figure  2.          Fig u re  2 .  Flowch art  o f  th prop o s ed LabVIEW / M u ltisi m  b a ttery  m o d e l si m u la tio n       LabVIEW code send s two   d i fferen t  typ e s of d a ta t o   M u ltisi m  circu itry.  Th first typ e   is th e static   p a ram e ters u s ed  to  d e fin e  th e th erm a m o d e l,  s u ch  as  th e amb i e n t te mp e r a t u r e   ( T_ a ), the in itial te m p eratu r ( T_o ), the the r mal resistance  ( R_o ) and the therm a l capacitance ( C_o ). Th e second  typ e  is th e in stan tan e ous  p a ram e ters which  ev alu a te t h b a ttery circu it p a ram e ter s  su ch as t h e vo ltag e   sou r ce ( V_1 ), th e in tern al   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 2,  Ju ne 20 16   :   472  –  4 80  47 5 resistance ( R_1 ) a n d the inte rnal ca pacitanc e ( C _ bat ).  On  the othe r side,  the calculation of t hose  pa ra meters    with in  LabVIEW  co d e  d e pen d s on  the data sen t  b y   Mu ltisi m  stag e su ch  as t h e in stan tan e ou s b a ttery   te m p erature ( T_ ba t ) eval uat e d by  t h e t h er m a l   m odel  bloc an d t h e sense d  cur r ent  ( I _se n se ) t h r o u gh t h e   equi val e nt  ci rc ui t .     3. 1.   Multisim Sta g The e q ui val e nt  ci rcui t  i n   Fi g u re  3 - a i s  c o m pos ed  o f  a  v o l t a ge co nt r o l l e d  so urce   V 1  in series with a  vol t a ge c o nt rol l ed resi st or  R 1 .  The val u e s  of  V 1  and  R 1  de pe nd  on t h bat t e ry  ope rat i on m ode at  a gi ve t i m e   and va ried  wit h  tem p erature  and SOC. T h e  resi stance  also  varie d  wit h  the se nse d  c u rrent ( I_s e nse )  flo w ing  th ro ugh  th e curren p r ob XC P1 .   The c h ar ge a n d di sc ha rge m ode s w i t c her  K 1   is sh own  in   Fig u re  3 - b .   It offers th po ssib i l ity to  switch  betwee n two  m odes accordi ng to the se nt  value by m ean of the term ina l   Sw _1 . At  cha r gi ng t i m e ( Sw _1  =  V) t h p o sitiv e b a ttery  p i n   (2) is link e d to  t h e co n t ro lled cu rren t sou r ce ( I_c h arge ) .  B u t  at d i scharg ing ti m e   ( Sw _1  =  V)  t h e c o n n ect i o n i s  swi t c he d t o  t h vol t a ge  c ont rol l e d  resi st o r   ( R2 ) in stead .   Th e t h erm a l Mo d e l i n  Fi g u re  3 - c trails the b a ttery’s  el e c t r ol y t e t e m p erat ure .   It  i s  c o m posed  of  t w vol t a ge  c ont r o l l e d so urce eq 1  and  eq2   wh ich  ev al u a te  th e in stan tan e o u s   b a ttery tem p eratu r e ( T_ bat ). L .   Castaner a nd  S. Silvestre   pre s ent the  use of ‘sdt ’ PS p i ce fu n c tion   wh ich   is th e ti m e  in te g r al  o p e ration   [16 ] We  u s e t h is fun c tio n to   so l v th e equ a tion   (5) as t h fo llowi n g :     Vol t a ge  co nt r o l l e d so urce   eq1          _* _ , 2 _ / ao V R b a t p w r abs V I s e ns e V T bat V T V R    (6 )       Vol t a ge  co nt r o l l e d so urce   eq2   20 / oo VT s d t V V C   (7 )     The calc u lation  of battery te m p erature  V(T _ bat)  is b a sed  o n  th e in tern al  resistan ce  V(R_bat)  and t h e   i n st ant a ne o u s s e nse d  cu rre nt  t h r o ug h t h bat t ery   V(I_se nse) . More over, t h e  values  of the a m bient te m p erature  V(T a ) , the thermal resistance  V(R o ) , th e b a t t ery in itial te mp erat u r V(T o )   and the t h erm a l capacitance  V(C o )   are set at th e beg i nn ing  of th e si m u latio n  and  sen t  to  Mu ltisi m  b y  Lab V IEW -  M u ltisi m   termin als su ch   as  T_a R_o T _o  an C_ o . Fi nally  the evaluate d te m p erature  V(T _ ba t)   i s  sent  t o  LabV IE W code  by  t h T_bat   termin al.          Fi gu re  3.  a-  Eq ui val e nt   ci rcui t  m odel ,  b -  C h a r ge  o r   di scha rg e m ode swi t c h e r, c -  T h erm a l  m odel     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Perfo r man ce Eva l ua tio n o f  Mo d e lling   a n d   S i mu l a tio n o f   Lea d  Acid Ba tteri es fo r …   ( B e n a c hi r B ouc hi k h i )   47 6 3. 2.   La bVIEW Stag Eq uat i ons  ( 1 - 4 ) w h i c h  desc ri be t h e e v ol ut i o of i n t e rnal   b a t t e ry  param e ters a nd t h e st a t e of c h ar ge   are i m pl em ented as se pa rat e  col l a b o rat i n g  bl oc ks as  sh ow n i n  Fi g u re  4. T h e r ef ore ,  t h e La bV IE bl oc k   d i agram  to  co n t ro l th e Mu lti si m  b a ttery circu itry con t ain s  th ree m a j o r parts: “Mu ltisim   Battery circ u itry”,  “B at t e ry   m ode l  param e t e rs est i m a t i ons” a n d  “SOC  e s t i m a t i on”  bl ock .  T h e  l a st  t w bl o c s  exec ut e t h e c o nt r o l   syste m  a l g o r it h m s wh ich  esti m a te  th e b a tte ry  m o d e l p a rameters. After th at, th e esti m a ted  v a lu es are  sen t  to  th e Mu ltisim  ci rcu it.            Fi gu re  4.  Lab V IE W bl ock  di a g ram  of  b a ttery  m o d e l p a rameters estim a tio     3. 2. 1.   Battery Mode l Par a meters   Estimation Bloc   The “B at t e ry   m odel  param e t e rs est i m a t i on” bl oc  is a La bVIE W case s t ructure.  It estim a tes, for  every  o p e r at i o n m ode (cha r g e o r  di sc har g e) , t h e i n st a n t a ne ou s val u e of m odel  p a ram e t e rs whi c h are   capacitance  C _ bat   by  u s i n g e quat i o ns  (1 ) a n d  ( 2 ) , in tern al  v o ltag e  ( V_1 an d in tern al resisto r   ( R_1 ) by  usi n g   eq u a tion s  (3 ) an d (4 ).    3. 2. 2.   SOC  estim a ti on  bloc     After th e estimatio n  o f  th e i n tern al p a ram e ters, th e “SOC  Esti m atio n  blo c  is th en  ab le to  estim a t t h e ne w i n st a n t a ne ou s val u e of S O C  by  usi n g t h e eq uat i on  (4 ), as  descri bed i n   Fi gu re 5 .  He n ce, t h e   calcu latio n   of  SOC is b a sed on  t h b a ttery cu rren t ( I _ba t ), th e esti m a ted  cap acity ( C_ ba t ) and t h e SOC   hi st ory  t h at  i s  st ore d  by  t h e “M em ory  bl oc k. The  out put   of t h i s  m e m o r y  bl oc i s  l i m i t e d bet w ee n 0 a nd  1 by   the “Saturation” bloc  which presents  th e i n st ant a ne ou s est i m a t e d val u e  o f  SOC .           Fi gu re  2.  B a t t e ry  st at e o f  c h ar ge est i m ati on  b l ock       4.   RESULTS  A N D  DI SC US S I ONS   4. 1.   Simula ti o n  Results  Fi gu re  rep r e s ent s  t h e  f r o n t  pa nel  o f  t h pr o pose d   Lab V IE g r ap hi c a l  user  i n t e r f a ce ( G U I) t o   sim u l a t e  t h e i n st ant a ne ous  ba t t e ry   m odel  pa ram e t e rs evol u t i on.  Du ri n g  t h e char gi n g  a n d  di scha rgi n g  m ode , i t   g u a ran ties th e o b s erv a tio n   o f  th e b e h a v i ou r o f  th ose in tern al p a ram e ters with  th e p o s sib ility  o f  settin g  th Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 2,  Ju ne 20 16   :   472  –  4 80  47 7 b a tteries d a tash eet p a ram e ters v a lu es m a n u a lly. Ad d itio n a lly, we can  tes t  th e i m p act  o f  th e cu rren t  rate o n   b a tteries ch argin g   or  d i sch a rgin g   pro c ess: Du ri n g  th e ch arg i ng  m o d e  t h e GUI g i v e s t h e po ssib ility to   d e fi n e   d i rectly th e v a lu e o f  t h e curren t, bu t du ri n g  th e d i sch a rg ing  m o d e , th is valu e is d e fi n e d b y  v a rying  the load  resistance  value. More over, the be ha vi our  of each  battery  can be  sim u lated at any gi ve n internal pa ra meters in itial co nd itio n s , su ch as t h e in tern al tem p eratu r e an d th e state of ch arge. In  t h n e x t  l i n e s, t h e sim u latio n   resu lts ob tain ed  du ri n g  t h ch arg i ng  m o de will b e  p r esen ted .   Firstly, we set b a ttery  m o d e ls p a rameters  ( ba ttery 1 ) as fo llo w:     Battery Mo d e Param e ters:  n s   = 6 a n C 10  = 19 0 Ah ;     Th erm a l Mo d e l Param e ters:  C_ = 15 Wh/°C,  R_o  = 0.2 °C/W T_o   25 °C an T_ = 25  °C.  After t h at we  set th e sim u lat i o n   p a ram e ters b y  cho o sing  the b a ttery fu n c t i o n  m o d e  (C h a rg e) and  setting  th in itial b a ttery state o f  ch arg e  ( SOC _ 1   0. 1)  Fi nal l y , we  fi x  t h e c h ar gi n g  c u r r ent   ( I _ bat   = 1   A )         Fig u re 3 .   Lead acid   b a ttery p a ram e ters  si m u l a tio n  GUI un der  co -sim u l atio n   LabVIEW/Mu ltisi m       4. 2.   Discussions   To eval uate the perform a nce of  the  propos ed m e thod of the m ode lling a nd sim u lation of lead aci b a tteries, a seco nd   b a ttery ( ba ttery 2 ) is  b e i n g sim u lated  with  th e sam e  th erm a l p a rameters and   sim u latio n   co nd itio ns. The b a ttery m o d e l p a ram e ters are:  n s  = 6 C 10  = 29 6 Ah .     Figu re 7-a sho w s th e evo l utio n   o f  in tern al resistan ce  for th e two   b a tteries during  t h e ch arg i ng  regim e . The contin u o u s  cu rv e refer s  to  ba ttery 1 . Its inte rnal resistance  jum p s from  0.32   ( SOC   = 0.9)  t o   4. 53    ( SO = 0. 9 9 ) .  T h d a she d  c u r v re fers  to  ba ttery 2 Its i n ternal resistance  jum p s from  0.22   ( SOC   =0.9) to  2.91   ( SOC   =  0.99).  As a  res u lt, when batterie s  are c h a r gi ng,  the values   of internal resista n ce  a r e   i n fl ue nce d   by  t h e st at e o f  c h arge . M o reo v e r , t h ose  va l u es  increase  ra pidly whe n   the  batteries approa ch the   fully cha r ge s t ate.  Fi gu re 7 - b s h ows t h e ev ol u t i on o f  t h e va ri at i on o f  i n t e rnal  t e m p erat ure fo ba ttery 2  at three  char gi n g  c u r r e n t  rat e s.  T h e a m ount  o f  t h i s   vari at i o n i s   g o v er ne by  b o t h  t h e c h ar gi n g  c u r r ent  a n d t h st at e of   charge.  During constant cha r ging curre nt, t h e tem p erature  variation inc r eas es fo llo wi ng  th e SOC. B u t, wh en   we approac h  the fully charged state,  the internal te m p erature val u e ri s e s quic k ly with increasi n g charging  current. Furthe rm ore, the i n ternal tem p erature influe nces t h e internal  capacity. As a resu lt, th e cap acity v a lu o f  th b a ttery b eco m e s h i g h e r wh en  it is clo s e to  b e  fu lly ch arg e d .  Th is is wh y b a tteries  requ ire a lon g   p e ri od  of  t i m e  i n  o r de r t o  be  f u l l y  ch arge d.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Perfo r man ce Eva l ua tio n o f  Mo d e lling   a n d   S i mu l a tio n o f   Lea d  Acid Ba tteri es fo r …   ( B e n a c hi r B ouc hi k h i )   47 8 (a)  (b )     Fi gu re  7.  Ev ol ut i o n  o f  i n t e r n al  param e t e rs at  char gi n g   tim e ,  a- Internal res i stance,  b- Internal  tem p erature.      Trad ition a l ch arg i n g  techn i ques o f  lead  acid   b a tteries  eith er u s e con s tan t  cu rren t or con s t a n t  v o ltag e   t o  cha r ge  bat t e ri es,  or  com b i n e t h e s e t w o s c hem e s. C onst a nt  cu rra nt  i s   pract i cal  at  t h e  be gi n n i n of   bat t e ry   ch arg i ng  wh ile th e b a ttery vo ltag e  is lo w.  Wh en  th b a ttery v o ltage increases to  a  prede f ine d  val u e, the   char ger  shi f t s  t o  t h e c o nst a nt   vol t a ge  m ode.  Ho we ver ,  w h e n  u p c o m i ng t h e ful l y  cha r ge d st at e, t h val u e o f   in ter n al r e sistan ce in cr ease rap i d l y wh ich  cau s es an  expon en tial dr op   o f  th e cur r e n t . Th er ef or e,  f u ll ch arg e   tak e s a long  ti m e s wh ich  lead s to   v e ry im p o r tan t  ch ang e  on  t h e b a tt ery te m p erature. Th is  fact has an  im port a nt  i n fl u e nce  on t h pe rf orm a nce an d  l i f et im e of t h e  bat t e ri es.   To  ove rc om e t hose sh ort c om i ngs, w e   in ten d  to  im p r o v e  th p e rfo rman ce of th ch arg i ng   p r o c ess b y  an  in tellig en t ch arg i n g   alg o rith m  wh ich  can  accurately dete rm ine that the charging c u rre n t is necessa ry. A fuzzy logic syste m   has be en impl eme n ted to   cont rol  t h e flow of  cha r ging current   o f  Lithiu m - io n  b a ttery [17 ] . Th is con t ro ller  will u s e two i np uts whi c h   are voltage a nd tempe r atu r e .  Th n e w ch arg e r will  b e   b a sed  also on th fu zzy con t ro ller  wh ich  takes in t o   account the  battery te m p erature va riations  and the  SO value when adjusting th e c h a r gi ng c u rrent.        5.   CO NCL USI O N   In t h i s  w o r k   we pre s ent  a new m e t hod  of si m u l a t i on of l ead aci bat t e ri es para m e t e rs. The  i m p l e m en tatio n  o f   th C I EMAT  m o d e l was b a sed  o n   th e co-sim u l ati o n Lab V IEW-Mu ltisi m . Th e circu itry   stag e is d e si g n ed  in  Mu ltisim an d  t h e cod e   of con t ro lli n g   o f  th is circu itry is d e velop e d  i n   LabVIEW. The two  si m u lato rs ch aracteristically  ex ch ang e   d a ta in  a syn c h r on ized  and   v a riab le ti m e  step   m o d e . Sim u latio n  resu lts  dem onstrate the im pact of the  charging  cu rren t on  th e in tern al resistan ce te m p erature a n d the ca pacitance of  th e b a ttery. At  ch arg i n g  ti m e , in tern als  resistan ce an d tem p erature inc r ease ra pidly when approac h i n g the   ful l y  cha r ge d s t at e. There f ore ,  t o  i m pro v e t h e per f o rm ance of t h bat t e ry   char gi n g   pr oce ss by  e nha nci n g t h e   full charge time, the battery charge r con t ro l algo rith m   m u st  tak e  th internal te m p erature a nd t h e SOC   inform ation into account  whe n  evaluati ng the charging current.  As a res u lt,  the chargi ng curre nt m u st drop  wh en in tern al  te m p eratu r e or SOC  rises.  In th fu tu re   wo rk we i n ten d  t o  im ple m ent a fuzzy-c ontrol-base b a ttery ch arg e r to  cop  trad ition a l ch arg e r fail s. Th is co n t ro l is tak i n g  t h v a riatio n   o f  tem p eratu r e and  SOC as   in pu t to  adju st  th e ch arg i ng  cu rren t as an   o u tp u t .       REFERE NC ES   [1]   M .  Chen and  G. A. Rin c on-M o ra, “ A ccur a te  El ectr i ca l Ba tter y   M odel Capab l of P r edict i ng R untim e and I– V   Performance”,  I EEE Transactio ns on Energ y  Co nversion , vo l. 21 , no . 2 ,  pp . 504– 511, Jun. 2006.  [2]   F. M. González-Longatt, “Circuit B a se d Batter y  Models:  A Review”, in   Proceed ings  of 2nd Congre s o   IberoAmericano De  Estudian tes de  Ingen i er ia  Electrica, Puerto   la Cruz, Venezuela , 2006 [3]   O. Tremblay  an d L.-A. Dessain t, “Expe rimental Validation of a Batter y  D y namic Model for EV Applications”,  World  Electric Vehicle Journal , v o l. 3 ,  no . 1 ,  pp . 1 –10, 2009 [4]   S. M. Mousavi G. and M.  Nikdel, “Various Batter y  Models for Vari ous Simulation Studies and  Applications”,  Renewab l e and   Sustainable Energy Reviews , vol. 32 , pp . 477–48 5, Apr. 2014.  [5]   M. Sarvi and M. Safari, “A Fu zzy M odel for Ni- C d Batteri es ”,  I AES Internat ion a l Journal of Artific ial Int e lli gen ce  (I J - A I ) , vol. 2 ,  n o . 2 ,  pp . 81–89 2013.  [6]   F. Jin and H. Yong-ling, “Stat e -O f-Charge  Estim ation of  Li-ion Batter y   using Extended  Kalm an Filter TELKOMNIKA Indonesian  Jour nal of  Electrical  Engineering, vol. 11 , no . 12 , pp 7707–7714, 201 3.  [7]   J. B. Copetti, E. Loren z o,  a nd  F. Chenlo, “A  General B a tter Model for PV S y stem  Sim u lati on”,  Progress in   Photovoltaics: research and  app lications , vo l. 1,  no. 4 ,  pp . 283–2 92, 1993 [8]   L. Castañ er, R .  Alo y and D. Carles, “Photovoltaic S y stem Simulation using a St andard Electronic Cir c uit  Sim u lator”,   Pro g ress in Photo v o ltaics:  Resear ch  and applications , vol. 3 ,  no . 4 ,  pp . 239–252 , 1995 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 2,  Ju ne 20 16   :   472  –  4 80  47 9 [9]   M. Ceraolo, “New dy n a mical M odels of Lead-acid Batter i es”,  Po wer Systems, IEEE T r ansactions on , vol. 15, no.  4, pp . 1184–119 0, 2000 [10]   S .  Bars al i and  M .  Cer a olo,   D y n am ical  M odels  of L ead- acid  Bat t eri e s :  Im plem entat i o n  Is s u es ”,  En e r gy  Conversion, I E EE Transactions  on , vol. 17 , no . 1 ,  pp . 16–23 , 200 2.  [11]   O. Gergaud, G.  Robin, B. Multon,  and H .  B.  Ahmed, “Energy  Modeling of   a Le ad-a cid B a t t er y with in H y b r id   Wind/Photovoltaic S y stems”, in   European Pow e r Electr onic Con f erence 2003 , 20 03, pp . 1–8 [12]   N. Achaibou , M .  Haddadi,  and A .  Malek, “Modeling of  Lead -aci d Ba tte r ie s in PV  S y ste m s” ,   Ener g y  Pr oc edia , vol 18, pp . 538–544 , 2012.  [13]   S. Cho, H. Jeong, C. Han, S.  Jin ,   J. H. Lim, and J. Oh, “State-of-C ha rge Estimation  for Lithiu m-ion Batteries  Under  Various Operating Conditions u s ing an Equiv a lent Cir c uit Mod e l”,  Computers &   C h emical  En gineering , vol . 4 1 pp. 1–9 , Jun. 20 12.  [14]   R. A. Jackey “A Si mple, Eff ectiv e Lead- acid Batter y  Mod e ling Process  for Electrical S y stem Component  Selection”, SAE  Tech n i cal Pap e r, 2007.  [15]   “Community : D e sign Guide to  Power Electro nics Co -Sim ulat ion with Multi si m and LabVIEW - National  Instrum e nts”, 01 -Nov-2011. [Onl ine] . Avai labl e:   https://d ecib e l . ni .com /cont ent/do c s/DOC-19212.  [16]   L. Cas t aner and  S .  S ilves tre ,  in  Modelling  Photo v oltaic Systems Using PSpice , 1 s t ed., Ch ichester: Wiley ,  2002 pp.  120–122.  [17]   R. Passarel l a,   A. F. Oklil as,  a nd T. Ma thild a,  “ L ithiu m-ion  Batter y  Charg i n g  S y stem using  Constant-Current  Method with Fuzzy  Logic Based  ATmega 16”, In t. J. Power Electron. Drive  S y st.  IJPEDS, vol. 5, no. 2, pp. 166– 175, 2014     BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS     A.  Selmani  is a computer scien ce teach er at qu alif y i ng schoo l since 2001. Curr ently  he is a Ph.D.  student at th e Electron i cs Automatic and Biotech nol og y  Laborato r y ,  Faculty  of Sciences of Meknes,   Universit y  Moul a y  Ism a ïl, Moro cco.  His resear c h  inter e sts inc l u d e fuz z y  logi c c ontrolle r based  of  the  climate und er greenhous e usi ng solar  energ y   equipment.        A.  Ed-dah hak  r eceived Ph.D. fr om  Faculty  of Scien ces Meknes in 2009. He is a Professor in the  Department of  Electr i cal Eng i neer ing, High  School of Technolog y  Me knes, Moulay  Ismaïl  Univers i t y , M o r o cco. Hi is  a m e m b er of Laborat or y  of El ectron i cs , Autom a tics  a nd Biotechno log y   of the  F acul t y  o f  S c ien ces ,  M e k n es . His   current   area  of r e s ear ch  includ es  el ec tro n ics ,  d e ve lopm ent  of a s y stem  for   m onitoring th clim ate and  m a na ging th e drip  fert ilizing  irrigation  in  greenhouse.        M .  O u tanoute   is currently  a Ph.D. student at the El ectro nics Automatic and Biotechno lo g y   Laborator y ,  Mo ulay  Ismaïl University , Faculty of  S c ienc es  in  M e knes ,  M o rocco. His  r e s ear ch   inter e sts include advanced modeling and contr o l st rategies of climatic  parameters under a solar   greenhouse.        A.  Lac hhab  received Ph .D. fro m Faculty  of Sciences in  Rab a in 2000. He is a Professor in High  School of Tech nolog y  of Mek n es, Moulay  Is ma ïl University , Morocco. He is a Member o f   Laborator y  of  Electronic, Auto ma tic  and Biotechnolog y  in  Faculty   of  Scien c es in Meknes.  Hi current  ar ea  of r e search  in cludes  m odelling  and  a u tom a tic  contro l .      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Perfo r man ce Eva l ua tio n o f  Mo d e lling   a n d   S i mu l a tio n o f   Lea d  Acid Ba tteri es fo r …   ( B e n a c hi r B ouc hi k h i )   48 0 M. Gu erb aou i  r eceived Ph.D. fr om Facult y  of Scien ces Meknes in 2014.   He is  a teacher at High  School in  Engineering  Scien c e since 1996 He  is a memb er of  Laborator y  of  Electronics,  Autom a tics and  Biotechno log y  o f  the Facu lt y of  Sc ienc es , M e kn es . His  res ear ch  inter e s t s  includ e   regulating p a rameters under  gr eenhouse b y  Fu zzy   logi c and  use of solar  energ y   equipment in   the  greenhouse.         B.  Bouc hikhi  receiv e d the Ph.D. degree from  the  Université de d r oit, d’E c onom i e  et des Sci e nce s   d’Aix Marseille  III, in 1982. B e n achir Bou c hikhi  wa s awarded a  Doctor of Scien ces degree in 19 88  from the Univer sity  of Nan c y  I .   Dr. Bouchikhi g o t a  position o f  t itular p r ofessor a t  the Univ ersit y   of  Moulay  Ismaïl,  Faculty  of  Scien ces in Mekn es, Morocco sin c e 1993. He  is th e director of  th Laborator y  of  Electronics, Automatic  and Bio t ec hno log y . His  curren t  research focuses on the  development of  electronic nose and electronic  t ongue devices for food anal y s is and biomedical  applications and  the con t rol of th e climate  and drip fertirr i gation u nder greenhouse. He is author  an co-author  of ov er 65 p a pers, pu blished on  inter n ation a journals. During th last 10  y e ars he h a coordinated  a do zen n a tion a l and  international pr ojects , in  th area of food  safety , the contro l of  th climate and  drip  fert irrigation u nder greenhouse. He  is  member of th e H2020- MSCA-RI S E-2014  project TROPSENSE: "Dev elopment of a non- invasive breath te st for early  diagnosis of tropical  diseases He is member of  the Editorial Board   of J ournal of  Biotechnolg y  and  Bioengineer ing.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.