Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   V ol.  10, N o. 3,  June  2020,  pp. 2 894 ~ 2911   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v10 i 3 . pp2894 - 29 11          2894       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   Hybrid   en ergy stora ge sy stem opt imal sizi ng for u rb an  electric al b us regardin g batt ery therm al beh av i or       Si M ohamed   Faresse , Mo h amed  A ssini ,   Ab d allah  S aad   La bora tor y   of   Elec tr ic a l  S y s te m s  and  En erg y ,   Nat i onal   High er  Sch ool  of El ec tr ic i t y  and  Me cha n ic s  (EN SEM),    Hass an  II  Unive rsit y   of  C asa bl an ca ,   Morocc o       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A pr il  19 , 2 019   Re vised  Dec  31 ,   20 19   Accepte d  Ja n 8 , 2020     Thi s  pape r  prop oses  an  al gori th m   for  sizi ng  the   h y brid  ene rg y   st ora ge  s y s te m   of  an  urba n  el ec t r ic a l  bus  reg ard ing  bat te r y   the rm al   beha vior .   The  ai m   of  thi s  stud y   is  to  get   t he  superc ap ac i t ors  opti m al   con tri buti on  p art   in   the   h y br id  ene rg y   storag e  sy stem  to  ke ep  t he  bat t er y   te m p era tur e  withi n  i t s  al lowabl e   li m it .   A  sem i - a ct iv e  par a ll e l  to polog y   th at   use s  superc apa c it or s  as  a  m ai n   source   of  en erg y  is  conside red .   Acc ording  to  th e  bus  m ec hanica l  par amet ers  and  the  ARTE MIS   drivi ng  c y c le,  th e  powe r  and  en erg y   demand  ar e   ca l cul a te d .   Us ing  m at hemati c al   m odel s  for  the   bat t er y ,   super capac i tors  and   DC - DC  conve r te r,  seve r al   si m ula ti ons  ar e   per form ed  f or  diffe r ent  h y brid izati on  p erc en ta g es.   W hil e  observing  the   evol u ti on  of  bat t e r y   te m per at ur e, t h e m ost f avor able  h y brid izati on   per c ent ag e  is   def in ed .   Ke yw or d s :   Ba tt ery    Ba tt ery therm a l beh a vior    Buck - bo os t  D C/ DC con ve rte r  Fu ll y el ect rical  bus    Hybr i d  e nergy  stora ge  syst em   Superca pacit or   Copyright   ©   202 0   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 :   Si Moha m ed  Faresse ,    Lab or at ory   of   Ele ct rical  System s an d Ene r gy ,    De pa rtm ent o f El ect rical  En gi neer i ng,   Nati on al   Highe r  Sc hool  of Ele ct rici ty  an d  Me chan ic s ,   Hassa n  I I U nive rsity  o f  Casab la nca,   El Jadida  Roa d, km  7 , Casa bl anca,  M orocc o.   Em a il :  s m .f aresse@ gm ail.co m       NOME N CLA TURE     V batt   Ba tt ery vo lt age  ( V )   E 0   Con sta nt volt a ge (V )   K   Po la rizat io n  c onsta nt  (Ah −1 )   i*   Lo w  f re qu e ncy  curre nt d y nam ic s ( A )   I   Ba tt ery cur r ent  ( A )   it   Extracte d  ca pa ci ty  ( Ah)   Q   Ma xim u m  b at t ery capaci ty  (Ah)   A   Ex pone ntial  v ol ta ge  ( V)   B   Ex pone ntial  capacit y (Ah −1 )   R b   Ba tt ery inte rn a l resist ance  (Ω )   T ref   No m inal am bi ent tem per at ure ( K)   T   Ce ll  o r  inte rn al  te m per at ure ( K)   T a   Am bient te m per at ur e  (K)   ∂ E/ ∂ T   Re ver si ble volt age tem per at ure coe f fici ent  ( V/K)   α   Arrh e nius rate  const ant fo r  th e polari zat ion r esi sta nce   β   Arrh e nius rate  const ant fo r  th e inter nal r esi st ance   Δ Q/ Δ T   Ma xim u m  capa ci ty  te m per atu re  co e f fici ent  (Ah/K )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Hyb ri d  e ner gy st or age s yst em  opti ma l  sizi ng  for  ur ba n  el ect ric al… ( Si Mohame d  F ar esse )   2895   C   No m inal disch ar ge  curve  slo pe  (V/A h)   R th   Ther m al  r esi sta nce,  cel l t o  a m bient ( °C/ W )   t c   Ther m al  tim e c on sta nt,  cel l t o  a m bient ( s )   P loss   Ov e rall  h eat   ge ner at e d durin g char ge/disc har ge ( W)   i sc   Superca pacit or  curre nt   ( A)   V sc   Superca pacit or  volt age  (V)   R sc   Superca pacit or  total  r esi sta nc e ( oh m s)   N e   Nu m ber   of lay ers of  elec tro de s   N p   Nu m ber   of p a r al le l sup er capa ci tors   N s   Nu m ber   of seri es supe rcap aci t or s   Q T   Ele ct ric char ge  ( C)   R   Id eal   gas  c onst ant   d   Mole cular  ra diu s   T o   Op e rati ng tem per at ur e  ( K)   Ε   Perm itti vity  o f m at erial   ε 0   Perm itti vity  o f free  sp ace   A i   In te r facial  area  b et wee n  el ect r od e s a nd elec tr olyt e (m 2 )   c   Mola r  c on ce ntr at ion   (m ol/ m 3 )   F   Fara day co ns ta nt     F tr   T racti ve fo rce  (N)   F aero   Aero dynam ic   dr a g (N)   F rr   Roll ing   resist a nce  (N)   F i   In irti al  forc e ( N)   F gr   Gr a de fo rce  (N)   ρ   Air de ns it y    C d   Air dr a g  c oe f fi ci ent   A f   Fr ont S urface  (m 2 )   V   V el ocity  ( m /s)   m   T otal m ass ( kg)   g   Gr a vitat ion al   f or ce  ( m .s - 2 )   θ   Dr a g  a ngle  (ra d)   C r   Roll ing   fr ic ti on  factor   a   Accele rati on  ( m .s - 2 )   r w   Wh eel   ra diu s  ( m )   i d   Gear t ransm iss ion   rati o   η d   Gear t ransm iss ion  e f fici e ncy   Ω   Ang ular  s pee d (r a d. s - 1 )   P   Power ( W)   T   T orqu e  (N.m )       1.   INTROD U CTION   The  fir st  auto no m ou s  el ect r ic   bu ses  wer e   equ i pp e d  wit h  batte ries  as   a  so urce  of  energy  [ 1].     These  ba tt eries  hav e  s om e  disadv a ntages ,  nam ely  a  too   slow   dynam ic   [2 ]   an d  over he at ing   pro blem   [3 ,4 ] .    The  com bin at ion   of   batte rie s  and   s uperca pacit or s  (S C)  is  the  su it able   so luti on  f or   el ect ric  veh ic le   [ 5 ] .     This  c om bin at ion  has   c om ple m entary   qual it i es  an d  pro vid e s  an  excell ent  so luti on  t hat  c an  inc rease  dy nam ic  beh a vior  a nd  cov e r  a  wi de   range  of  powe r  an d  e ne rg y  re quirem e nts  an d  it   wa s  dem on strat e d  that    this  com bin at ion  ha s  lo wer  batte ry  costs   [ 6 ] ,  a  ge ner al   i ncr ease   in  batt ery  li fe  an d  hi gh e r  overall   s yst e m   eff ic ie ncy  [ 7 ].   Starti ng  f ro m   the  ob se r vatio n  that  batte ry  bu s es  are   use d  alm os t  exclus ively   in  urba n  areas   rather   t han   f or   long - distance  t ran s port.  T he  urba n  tran sport   has  relat ively   sh ort   inter vals  betwee n  rec hargin g  po s sibil it ie s.  E xte r nally   base d  ene rg y  stora ge   on  SC  ca n  be   a  s olu ti on  si nc e  they   ca n  c harge  m uch   faster   tha n  conve ntion al  bat te ries [ 8 ].     In   the  li te rature,  m os t  of   the  repor te d  w orks   fo cu s  so le ly   on   the  el ect rical   beh a vior  of   hy br id  e nergy   stora ge  syst e m   (H ES S) .  Wh il e  the  beh a vior  of   the  batte ry  t e m per at ure  in  this  kind  of   a ppli cat ion   has  not  ye t  been   treat e d.   All  HES S  siz ing   m et ho dolo gies  for  el ect ric  bu ses  do   n o t  con si der at e  th e  batte ry  tem per at ure   evo l ution.  And  to rem edy to this  prob le m , s uperca pacit ors  oversizi ng is  do ne.   Obviously ,  H ESS  to polo gie s  are  ver y  dive rse,   de pendin g  m ai nly  on   t he  ty pe  of  ap plica ti on   [ 9 ].    Fo r   the  stu die d  case,  the  sel ec te d  topolo gy  w il l  us e  the  SC  as  the  m ai n  so ur ce  [ 10 ] .  Our  stud y  is  to  redo  this  dim ension in g  wh il e  c on si deri ng   t he  te m per at ur e   of  the   batte ry  to  c hoos e  the   opti m al   capaci ty   va lue  of  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.   10, No . 3, Ju ne  2020 :    2 8 9 4   -   2 9 1 1   2896   su pe rca pacit ors.  I n  this  stu dy,  an  al gorithm   is  propose d  to  def i ne  the  m in i m u m   SC  ener gy  par t  in  t he  hybri d  stora ge  syst e m   fo r  el ect rical   bu s  to  m ai ntain   the  batte ry  in  it s  per m issi b le   tem per at ur e  zon e .  I n  this  w ork  w e   neg le ct e d  the  r egen e rati ve  brakin g  ene r gy.   The  s uggeste d  al gorithm   is  ap plied  to  "I rizar   ie "  bu s,  with  a  total   m ass  of   16000  kg  f ollow i ng  an  AR TEM IS   dr i ving  cy cl e  on   a  w orkin g  day  of  24  rou nd  trip s.  T otal  energ y   require d  is cal c ulate d.  T he n,  c apacit y part  of   each elem ent i s d e fine d  an d f or  eac h perc ent age  of   hybri diz at ion  the tem per at ure ev olu ti on is  de te rm ined usin g batt ery m od el  w hic h  c onsid er tem per at ur e  eff ect .     This  pa per   is  orga nized  as  f ollows:   Af te r  t he  I ntrod uctio n  is  giv e n  in  th e  first  sect io n,  the  Syst e m   Descr i ption  a nd  M od el in g  a r e  intr oduce d  i n  sect io n  2.  T he  Re sea rch  Me thod  is  pr e sented   in  sect ion  3.    The n,   the   Ele ct ric  Bus  E nerg y  Stor a ge  Sizi ng   is  a ddres se d  in  sect i on   4.  Final l y,  sect io n  Sim ulati on   Re su lt s  dev el ops  ba tt ery  t her m al   behavio r  f or  di ff e ren t  per ce ntag e  of  hy br i dizat ion .   Th e  co ncl us io ns   a re  give n  i n    the last  secti on .       2.     DES CRIPT I ON A ND S YST EM MODE LING   2.1.     Hybri d ener gy s to r age s yst em t opolo gies     Four   possible  topolo gies  [ 11 , 12,13 ]  f or the   HES S  are  pres ented bel o w:     2.2.1.   Par allel  pa ssi ve  t opol ogy     The  basic  pas s ive  pa rall el   hybr i d  co nf i gurat ion   is  s how n  in  Fig ure  1,  the   SC  pac k  an d  t he  batte ries   are  directl y  co nn ect e d  in  paral le l  to  the  load.   Be ca us e  of  t he  di rect  co nnect ion ,  t he  SC  pack   basical ly   act s  as     a  low - pa ss  filt er.  T he  m ai n  adv a ntage   is  the  ease  of   im plem entat ion   and   no  c om plicated  co ntr ol  de vice   require d.   T he  disad va ntage  of  this  co nf i gur at ion   is  that  th e  power   s ha rin g  bet ween   t he   batte ry  and   t he   S C   pack   is  un c ontrolle d  a nd   dicta te d  so le ly   by  the  par a s it ic   ele m ents.  Also   t he  DC  bu s  volt age  is  no t  re gula te d  and v a ries  depend i ng on t he vo lt age  r a nge  of the  batte ries , which  in flue nc es the  desig n  l oad.           Figure  1. Passi ve parall el  h y bri d  c onfig urat ion       2.2.2.   Par allel  a cti ve  t opolo gy     The   m ulti - co nverte r   c onfig ur at ion  us e s  t wo  separ at e   bid ire ct ion al   bac k - boos t   c onve rters   as   s how n  i n  Figure  2.  The   batte ries  a nd  SC  pac k  volt age  ca n  be  kept   lowe r  tha n  t he  DC  bu s   vo lt age,  le ss  bal ancin g  pro blem s.  The   volt age   of  t he   SC  pac k  ca n  var y   in  a   wide   ra ng e   s o  that  th e  ca pa ci tor  is  f ully   us e d.     The  a dvanta ge   of  this  c onfi gurati on  is  tha t  the  po wer  of  the   batte ries   an d  SC  pac k  can  be  i nd i vid ually   con t ro ll ed   acc ordin g  t o  thei r   sta te   of  c har ge  a nd  po wer  re qu irem ents.   The   disa dvan ta ge  of  t his  to po l og y     is t he  inc rease  in t he n um ber   of com ponen ts  and the  cost .           Figure  2. Acti ve  p a rall el  h yb rid  c onfig ur at i on   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Hyb ri d  e ner gy st or age s yst em  opti ma l  sizi ng  for  ur ba n  el ect ric al… ( Si Mohame d  F ar esse )   2897   2.2.3.   Par allel  semi ac tive ba tt er y/superc apacit or to po l ogy     The  Parall el   S e m i  Acti ve  ba tt ery/ su per ca pa ci tor  c onfig ur a ti on   is  il lust ra te d  in   Fig ure  3.   I n  thi s   config u rati on ,  the  batte ries  volt age  ca n  be  kep t  l ow e r  or   higher  t ha n  th e  SC  pac k  volt age.  T he  SC  pac k    is  connecte d  to  the  DC  bu s  and   w orks  directl y  as  a  low - pass  filt er.  But  the  power   of  the  ba tt eries     is  unco ntr ollab le .  The   co ntr ol   strat egy  a pp li ed  to   this  t op ol og y  al lo ws   the   DC  li nk  volt age  to   va ry  in   a   ra ng e  so  t hat SC  pac k  e nergy ca n b e u se d  m or e e f fici ently .           Figure  3. Ba tt ery/ Superca paci tor parall el  c onfig ur at io n       2.2.4.   Par allel  semi ac tive  s u percap acit or/ ba t ter y topol ogy     Figure  4  s how s  the  dia gr am   of   t he  H ESS  c onfig ur at io n  usi ng   a  bi - direct ion al   bu c k - boost   conve rter   for  the   SC  pac k  inte rf ace ,  the   SC  pack  volt age  ca n  be  us e d  in  a   wi der   ra nge.  This   co nf i gurati on  has   a  s ing le   con t ro ll ed   po wer  sou rce.  H ow e ve r,   t he  bi directi onal   c onver te r   m us t  be   oversiz e d  t o  handle  t he  power  of     the  SC  pac k.   I n  a dd it io n,  the   nom inal  vo lt age  of  the  SC  pack  m ay   be  lowe r.  The   ba tt eries  are   co nn ect ed  directl y t o  the   DC bus . T her e fore,  t he DC  bus  vo lt a ge  is  fixed.           Figure  4. S up e rcap aci to r/batt ery pa rall el  confi gurati on       2.2.   El ect r ic  bu s s ys te m descri p tion     Our  goal   is  t o  us e  SC  pac k  as   the   m ai n  pow er  s ource   f or  t he  bus  beca us e   of  t heir  powe r   de ns it y  an d  their  dynam ic ,   w hich  will   be   recha r ged  at   each  bu s   sto p  to  so l ve  the   pr ob le m   of   th ei r   low  ene rg y  de ns it y.    The  batte ry   w il l  interven e   in  case  of  the  SC  disc harge.   The  pro per  c onfig ur at io n  is   the  Pa rall el   Acti ve   T opology .  It  a ll ow s  the  m a xim u m   us e  of  store d  ene r gy   in  SC  wh il e  keep i ng   t he   no m inal  vo lt age  of     the  loa d.   D ue   to  it s  cost,   th e  par al le l  act ive  c o nfi gurati on  will   be  dis card e d.   D ue  t o  it s  ad va ntag es  [ 1 4 ]   the  Parall el   Se m i  Acti ve  Sup ercapacit or / Ba tt ery  T opology wil l  be  us e d  in  the  bus,  w her e t he  overall   syst e m   is   sh ow n  in  Fi gur e 5   [1 5 ,16 ] .   The  s up e rca pa ci tor  (S C 1)   t ha t  can  pro duce  a nd   a bsor b  peak  power   is  t he  m ai n  el e m ent  of   th e  ene rg y  stora ge  syst e m   of   the  el ect ric  ur ba n  bus ,  w hi ch  can  be  cha rg e d  by  the  ot her   SC  in  the  bu s  st op.  The  batte ry  will   be  us e d  i n  e xtrem e  conditi on s   w he n  t he  s uperca paci tor  is   al m os t  exh a us te d.   The   gen e ral  str uctu re  of     the  cha r ging  st at ion   a t  t he  bus  sto p  [ 1 7 ]   is  i ll us trat ed  i n  Fi gure  6.   The   el ect ric  urba n  bu s  SC  ca n  be  c ha rg e d  by  (S C 2)   s up e rcap aci to r  th rough  a  DC/ DC  conve rter  at   each  bus  sto p  w hen   passe ngers   get  on   a nd  off .  SC 2  can  be  cha rg e d  by  the  po we r  gr i d  via  an  AC /DC  conver te r   betwee n  them   with  a  lower   powe r  de ns it y  bef ore   the n e xt  bus arri ves.  W it h t his  m e tho d, th e i m pact o f  sur ge  on th e  po wer  distrib ution n et work ca n be a voide d.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.   10, No . 3, Ju ne  2020 :    2 8 9 4   -   2 9 1 1   2898       Figure  5. Sc he m e o f  el ect ric  bu s  sto ra ge  sys tem           Figure  6. Sc he m e o f  el ect ric  bu s  po wer t rain       2.3.     Hybri d ener gy s to r age s yst em mo deli ng   2.3.1.   B atter y   mod el     In   t his  w ork ,  we  use   MAT LAB   m od el   f or   li thium - ion  batte ry.  T wo  m od el s  will   be  pr ese nte d    belo w  ( with  a nd   with out  te m per at ur e  ef fe ct ).   F or   eac h  m od el   the  dis charge  e qu at i on  will   be   pres ented.    Th e li thium - io n batt ery m od el  w it hout tem per at ur e  ef fect i s g i ven as  [1 8 ]:     V b a tt ( it   , i ∗ , i ) =     E 0 − K Q Q − it . i ∗ − K Q Q − it . it + A . exp ( − B . it ) − R   . i   ( 1 )       The  im pact o f  te m per at ure  on  the m od el  p a ra m et ers  is repre sented  b el lo w [ 1 9 ]:     V b att ( it   , i ∗ , i , T , T a =     E 0 ( T ) − K ( T ) Q ( T a ) Q ( T a ) − it . ( i ∗ + it ) + A . exp ( − B . it )   − C . it + R b ( T )   . i   (2 )     w it h:     E 0 ( T ) =     E 0 | T ref + ∂ E ∂ T ( T − T re f )   (3 )     K ( T ) =     K | T ref   .     exp ( α . ( 1 T − 1 T re f )   (4 )     Q ( T a ) =     Q | T a + ∆ Q ∆ T ( T a − T re f )   (5 )     R b ( T ) =     R b | T ref   .     exp ( β . ( 1 T − 1 T re f )   (6 )     The  cel l  or inte rn al  tem per at ure T, at a n y  give n  ti m e t, is exp ress ed  as :     T ( t ) =   − 1 (  ℎ + 1   +     .     c )   (7)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Hyb ri d  e ner gy st or age s yst em  opti ma l  sizi ng  for  ur ba n  el ect ric al… ( Si Mohame d  F ar esse )   2899   w he re :      P  =     ( E 0 ( ) − b a tt ( T ) )   . i + ∂ E ∂ T . i   . T   (8)     2.3.2.   Superc apacit or   m od el     The  SC  is  an  em erg ing   te chnolo gy  in  the  fiel d  of   e nergy  stora ge   syst e m s.  Ener gy  stora ge     is  perform ed  by  the  m eans  of   sta ti c  charg e  rathe r  tha n  of   a n  el ect r o - c hem ic al   pr oce ss  that  is  in he ren t  t o    the  batte ry   [ 20 ] .  The  s uperca pacit or   m od el   us e d  in  this  w ork  is  a  g e ner i c  MATLAB   m od el   par am et erized  t o  represe nt m os t pop ular  ty pes   of SC [ 2 1 ] . T he  SC  ou t pu t  vo lt age is expre ss ed usin g  a  Ster n  e qu at io n  a s:     V  =     0   + 2  ℎ − 1 ( 2 √ 8 0 ) −  .    (9)     W it h  :     = ∫       2.3.3.   D C/D C  converter  mode l     DC/DC  co nve rters  ca n  be  re pr ese nted  by  t wo   ty pes  of  m od el s ,  nam el y  the  switc hi ng   m od el s  and    the  aver a ge  va lue  m od el s.  S witc hing  m od el s  are  m ai nly  us e d  for  desi gn  pur poses  an d  to  stu dy  the  ty pes  of  pu lse   widt h  m odulate d  syst e m s  with  resp ec t  to  switc hing  har m on ic s  a nd  losses.  T hese  m od el s  req ui re   a  low  sam pling  tim e  to obse rv e  all  the s witc hing a ct ion s,  which   m akes th e sim ulati on   ve ry lo ng.   On  the  c on t ra ry,  m edium - valued   m od el s  ta ke  le ss  ti m e   beca us e  the   switc hes  a re  r eplace d  by   con t ro ll ed  volt age/cu rr e nt  sources .  T he  s w it ching   har m on ic s  are  not  r epr ese nted ,  but  al l  the  dyna m ic s  of    the  c onver te r  a re  m ai ntained,  w hich   m akes  these  m od el s  a tt racti ve,   beca us e  a   lo nger  s a m pling   ti m e  can  be  us e d.   M od el s   of  DC/DC  c onve rters  of  a ver a ge  value   are  use d  in   this  pa pe r,   as   s how n  in   Figure  7.  T he  desig n  of the  c ontrol  loops  is  p e rfo r m ed  ta king i nto  acc ount th e  dy nam ic s o f  t he m od el  [ 2 2 ].           (a)   (b)     Figure  7. DC/ DC Co nverter   Mod el ,  ( a )  Bo ost  ty pe.  (b )  Bu ck  ty pe       3.   RESEA R CH MET HO D   In   this  arti cl e,  the  cho ic e  of  the  hybr id  e ne rg y  stora ge  s yst e m   el e m ent s  fo r  a  total ly   el ect ric  bu s    is  carried  out   accor ding  t o  the  dia gr am   represe nted  in   Figure  8.   T he   il lustrate d  a ppr oach   c onsi sts  in   determ ining   al l  the  energies  con s um ed  be tween  tw o  co ns ec utive  sto ps  on   the  t otal  path  of  the  bu s .     These  ene r gies   are  norm al l y  deter m ined  fro m   the  m echan ic al   char act erist ic s  of   the  bus  and   the  bus  dr iving   cy cl e.  The n  c hoose   a  s uperca pacit or  pac k  t o  e nsure  t he  m ini m u m   of   c al culat ed  e nergies.  Ne xt,  determ ine    the  batte ry  capaci ty   to  ensu re  the  pow er  supp ly   of  the  bu s  du r ing   a  w orkin g  day ,  kn ow i ng   that     the  su pe rca pac it or s  pac k,   w hi ch  will   be  rech ar ge d  at   eac h  bus  stop,  w il l  pr ov id e  part ia l  or   total   p ow e r   betwee n  tw o  c on s ecuti ve  sto ps .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.   10, No . 3, Ju ne  2020 :    2 8 9 4   -   2 9 1 1   2900   Subseque ntly ,  us e  the   m od el   de velo ped   un der   MA T LAB / Si m ulink ,  w hich  us es  the   pa rall el   se m i - act ive  to po l og y  Super capaci t or /B at te ry ,  with  t he  m od el   of   the   batte ry   w hi ch  c onsider s  t he  te m per at ure   ef fect,   by  ap plyi ng  th e  ch os e n  value   of  the   s up e rc apacit or s   a nd  batte ry .  T hen  ob s er ve  t he  e voluti on  of  the   batte ry  tem per at ur e   duri ng  a  day  of   operati on.   I f  t he  obser ve d  te m per at ur e  e xc eeds  t he  batte r y  per m issi ble  value,     the  e ner gy  val ue  j ust   ab ove  t he  e ner gy  us e d  f or  the  s uperc apacit or  m us t  be  c hosen   f rom   the  ene r gies  al ready   cal culat ed.   A nd  rep eat  t he  sa m e algo rithm  unti l fin ding the  optim u m  v al ue  of  HES S  elem ents.                 Figure  8. Flo w  ch a rt of the  pr opos e d  al gorithm   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Hyb ri d  e ner gy st or age s yst em  opti ma l  sizi ng  for  ur ba n  el ect ric al… ( Si Mohame d  F ar esse )   2901   4.   EL ECTRIC B US  E NER GY  STOR AGE  SI Z ING   The  obj ect i ve   of  t his  par t  i s  to  siz e  the   energy  st or a ge   syst em   of   a  fu ll y  el ect rical   bus  from     well - de fine d  s pecifica ti ons.       4.1.   Bus mech an ic al p arameters     The  m ai n   m ec han ic al   c har ac te risti cs  of   t he   ch os e n  bus   a re  s umm ariz ed  in  Ta ble  1.   T he  veh ic le     is co ns tr ucted a pp ly in g  th e  body  of “I rizar i e” b us   with a  new  rear  t ran sm issi on   rati o of  8.       Table  1.  B us  m echan ic al   par a m et ers   Para m et ers   S y m bol   Value s   T ot al   m ass (fu l l y  loa d ed)   M   16   000   kg   Air  dra g   coe f f ic i ent   C d   0. 65   Front  surfac e   A f   8  m 2   Roll ing  f riction f ac tor   C r   0. 008   W hee l  r adi us   r w   0. 48   m   W hee l  m ass   m w   50   kg   Gea r  tr ansm ission ra t io   i d   8   :  1   Gea r  tr ansm ission e ffi cienc y   η d   0. 97       4.2.   Drivin g  c ycle     The  c hosen  dri ving cycl e is  A RTEM IS   Urba n [ 2 3 ]  il lustrat ed  in  Fig ure  9.           Figure  9.  ART EMIS  urba n dri vin g cy cl e       The  m ai n  featu res of  this cyc le  are:   Dista nce      :   48 70 m   Durati on     :   99 3  sec   Av e ra ge  s peed         :    17. 6 km / h   Ma xim u m  sp eed     :   57.7  km / h     4.3.   Mot or  t orque,  a n gu l ar  sp ee d and  po w er c alcula tion   The  r otati on al   sp eed  a nd   po wer   de m and   fo r  the  power t r ai n  and   the  to rque  dem and   to  overc om e  fr ic ti on for c es  (roll ing  a nd air  r esi sta nce )  a re  d e picte d  i n  Fi gure   10.           Figure  10. Fo r ces ap plied t o  t he bus   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.   10, No . 3, Ju ne  2020 :    2 8 9 4   -   2 9 1 1   2902   The b us  tract io n force  require d  is   giv e n by t his e qu at io n [2 4 - 2 6 ]:     tr = a e ro + rr + i + gr   ( 10 )     w he re :     a e ro = 1 2 ⁄         2   (1 1 )     rr = m   g   s in ( )   (1 2 )      = m   g     ( 13 )     i = a     (14 )     = 1 . 04     (15 )     a = tr − ( a e ro + rr   + gr )   ( 1 6 )     Fr om   the  tract i ve  force  a nd  th e  li near  v el ocity ,  we  ca n  de du ce  the  m oto r   to rque,   an gula r  ve locit y  and  Power:     =      η   ( 17 )     Ω =       (18 )     =     . Ω   (1 9 )     Figures  11,  12 ,   an d  13  s how   resp ect i vely   the  c al culat ed  t orq ue,   a ngular   vel ocit y  an d  powe r  re qu i re d  f or   a n  ARTEMI S  dr i ving cycl e.           Figure  11. B us m oto r  tor que     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Hyb ri d  e ner gy st or age s yst em  opti ma l  sizi ng  for  ur ba n  el ect ric al… ( Si Mohame d  F ar esse )   2903       Figure  12. B us m oto r  an gula r veloci ty           Figure  13. B us m oto r  po wer       4.4.   Bus ener gy  au to n om ou s   calc ulat i on     We  def i ne  ei ght  sta ti on s  in   the  giv e n  dr i vi ng  cy cl e,  the   total   dri vi ng  range  is   48 70  m .   The  durati on  a nd   the  dem and   ener gy  bet we en  two  s ucces sive  sta ti on s  are  cal culat ed  and   li ste d  in  Ta ble  2.   The  total   e nerg y  dem and   f or   1000  sec onds   ARTEMI S  dri ving  cy cl e  is  appr ox im at ely  7. 6  kW h.  W e   es tim a te   that  the  r ou te   betwee n  tw o  bus  te rm inals  is   two  ARTEMI S  cy cl es  fo ll owed  by  a  15  m inu te   brea k  (ea ch  tr i p  will   la st  2900  seco nd s ).  F or  a  day  operati on,  we   de fine   24  rou nd  trips   or  48  ARTEM IS   cy cl es.   Th e   total   energy re quire d for a  day is  364 k Wh.       Table  2.  E ne rgy   c onsu m ption betwee n  t wo s uccessive  bus  s top s   Bus  s top  N°   Durat ion  (s)   Ene rg y   (W h)   1   0   →   72   559   2   73   →   180   604   3   181   →   503   3617   4   504   →   566   616   5   567   →   596   25   6   597   →   644   100   7   645   →   739   383   8   740   →   989   1686     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.