I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   3 9 ,   No .   2 A u g u s t   2 0 2 5 ,   p p .   78 3 ~ 79 6   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 3 9 .i 2 . pp 78 3 - 79 6           783     J o ur na ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   sim ula tion - ba s ed inves tiga tion i nto the  bidire ctio na l charg a nd discha rg e dy na mics  in  lea d - a ci d batte ries       M uh a m m a A im a n   No o Z e la n 1, 2 M uh a m m a Na bil   H ida y a t 1, 2 ,   N ik   H a k i m i   Nik   Ali 1   M uh a m m a d Um a ir 1, 2 ,   M uh a m m a d   I zz ul M o hd   M a wa rdi 1, 2 ,   Ahm a d Suk ri  Ahm a d 3 ,   E zm in Abdu lla h 1   1 S c h o o l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   Te k n o l o g i   M A R A ,   S h a h   A l a m,   M a l a y s i a   2 En e r g y   S t o r a g e   La b o r a t o r y   ( B ES T) ,   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   Te k n o l o g i   M A R A ,   S h a h   A l a m,   M a l a y s i a   3 P e t r o n a s R e se a r c h   S d n .   B h d ,   B a n g i   G o v e r n m e n t   a n d   P r i v a t e   Tr a i n i n g   C e n t r e   A r e a ,   B a n d a r   B a r u   B a n g i ,   M a l a y si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   24 2 0 2 4   R ev is ed   Mar   24 2 0 2 5   Acc ep ted   J u l   2 2 0 2 5       Th is  p a p e p re se n ts  a   c o m p re h e n siv e   sim u latio n - b a se d   i n v e stig a ti o n   i n to   th e   b id irec ti o n a c h a rg e   a n d   d isc h a rg e   d y n a m ics   o lea d - a c id   b a tt e ri e with i n   e lec tri c   v e h icle (EVs)  a n d   e n e rg y   sto ra g e   sy ste m (ES S ).   U ti li z in g   a   b id irec ti o n a DC - DC  c o n v e rter  (BDC)  in teg ra ted   with   a   lea d - a c i d   b a tt e ry ,   th e   stu d y   e x p lo re t h e   p e rfo r m a n c e   o th e se   b a tt e ries   th ro u g h   v a rio u s   c h a rg in g   a n d   d isc h a rg i n g   sc e n a rio s.  Th e   sim u lati o n   m o d e l,   im p lem e n ted   u sin g   M ATLAB,   a ss e ss e th e   imp a c o c h a rg i n g   stra teg ies   o n   b a tt e ry   b e h a v i o r,   f o c u si n g   o n   k e y   m e tri c su c h   a sta t e   o c h a rg e   (S OC),  e n e rg y   p e rfo rm a n c e ,   a n d   c h a rg i n g   ra tes .   Th e   re su lt re v e a t h a lea d - a c id   b a tt e ries ,   wh e n   p a ired   with   a p p ro p riate   c h a rg i n g   i n fra stru c tu re   a n d   stra teg ies ,   d e m o n stra te  e n h a n c e d   p e rfo rm a n c e   a n d   re li a b i li ty   in   b o t h   EV   a n d   ES S   a p p li c a ti o n s.  T h e   stu d y   h i g h li g h t th e   sig n if ica n ro le  o BDC  to p o l o g y   in   fa c il it a ti n g   e fficie n e n e rg y   tra n sfe a n d   o p ti m izin g   b a tt e ry   u sa g e .   Th e   fin d i n g u n d e rsc o re   th e   p o ten ti a fo imp ro v e d   p e rfo rm a n c e   a n d   w id e sp re a d   a d o p t io n   o f   b i d irec ti o n a c o n v e rte rs i n   su sta i n a b le en e rg y   so lu ti o n .   K ey w o r d s :   B atter y   B id ir ec tio n al  DC - DC   c o n v er ter   E lectr ic  v eh icles   Pu s h - p u ll   co n v er ter   State  o f   ch ar g e   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mu h am m ad   Na b il Hid ay at   Sch o o l o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,   C o lleg o f   E n g i n ee r in g ,   U n iv er s iti T ek n o lo g i M AR A   Selan g o r ,   Ma lay s ia     E m ail:  m n ab il@ u itm . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N     T h in cr ea s in g   d em an d   f o r   elec tr ic  v eh icles  ( E Vs)  i s   d r iv en   b y   co n ce r n s   o v er   f o s s il  f u el  d ep en d e n cy ,   e n v ir o n m en tal  p o llu tio n ,   an d   en er g y   s ec u r ity .   T r ad itio n al  in ter n al  c o m b u s tio n   en g i n v eh icles   co n tr ib u te  s ig n if ican tly   to   ca r b o n   em is s io n s ,   n ec ess itatin g   a   tr an s itio n   to   clea n er   tr an s p o r tatio n   alter n ativ es.   E Vs  o f f er   v iab le  s o lu tio n   with   r ed u ce d   em is s io n s   an d   im p r o v ed   en er g y   ef f icien c y .   Ho wev er ,   th eir   wid esp r ea d   ad o p tio n   is   h in d er ed   b y   b atter y   p er f o r m an ce   lim itatio n s   an d   th ef f ic ien cy   o f   c h ar g in g   in f r astr u ctu r e.   E Vs  ar co n s i d er ed   h ig h ly   ef f icien in   en g in p er f o r m an ce   s in ce   th ey   g en er ate  n o   tailp ip em is s io n s   an d   d o   n o ca u s p o llu tio n   f r o m   f u el  ev ap o r atio n   o r   r ef in in g   p r o ce s s es   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   I n teg r atin g   E Vs   with   p o wer   g r id s   th r o u g h   v e h icle - to - g r id   ( V2 G)   tech n o lo g y   en ab les  b id ir ec tio n al  en er g y   f lo w,   o p tim izin g   g r id   s tab ilit y   an d   e n er g y   u tili za tio n .   E n er g y   s to r a g s y s tem s   ( E SS )   s er v v ital  f u n ctio n   in   th is   ec o s y s tem ,   ac tin g   as  b u f f er s   to   b alan ce   en er g y   d em an d   an d   s u p p ly .   T h e f f ec tiv en ess   o f   E SS   in   s u p p o r tin g   E V   in f r astru ctu r d e p en d s   o n   th e   ef f icien cy   o f   b id ir ec tio n al  D C - DC   co n v er ter s   ( B DC ) ,   wh i ch   r eg u late  p o wer   tr an s f er   b etwe en   E Vs an d   E SS   wh ile  en s u r in g   m in im al  en er g y   lo s s .   E Vs  ar b ec o m in g   in c r ea s in g ly   p o p u la r   f o r   lo wer in g   ca r b o n   em is s io n s   an d   en h an ci n g   en er g y   ef f icien cy .     R ec en s tu d ies  h a v ex ten s iv ely   r ev iewe d   V 2 s y s tem   im p ac ts   an d   o p tim izatio n s ,   h ig h lig h tin g   th r o le  o f   r en ewa b le  e n er g y   s o u r ce s   an d   th p o ten tial  b e n ef its   o f   E SS   in   E V   ch ar g i n g   s o lu tio n s   [ 3 ] [ 5 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 9 ,   No .   2 ,   Au g u s 20 25 :   78 3 - 79 6   784   R esear ch er s   h av also   ex p l o r ed   b atter y   o p tim izatio n   s tr ateg ies,  h ig h lig h tin g   th r o le  o f   b id ir ec ti o n al   co n v er ter s   in   en h an cin g   en er g y   ef f icien c y .   Ho wev e r ,   e x is tin g   s o lu tio n s   ex h ib it  lim itatio n s ,   s u ch   as  ef f icien c y   lo s s es  in   b id ir ec tio n al  en e r g y   t r an s f er   an d   b atter y   d e g r ad atio n   o v e r   tim e.   T h s u cc ess   o f   E Vs  lar g ely   r elies  o n   th ef f icien cy   o f   c h ar g in g   in f r astru ctu r e,   esp ec ially   DC   ch ar g er s .   Ad d itio n ally ,   th ty p o f   E b atter y   p lay s   cr u cial  r o le  i n   ch ar g in g   b eh a v io r ,   d ir ec tly   in f l u en cin g   o v e r all  E p er f o r m an ce .   As  th e   s tr ess   o f   g r id   will   af f ec t h e   ch ar g i n g   s tatio n   o f   t h E Vs  to   c h ar g e   th e   b atter y ,   t h E SS   is   b a ck u p   f o r   c h ar g i n g   th e   b atter y .   T h B DC   was  ch o s en   d u to   its   r o b u s d esig n   [ 6 ] [ 1 1 ]   wh ich   en s u r es  ef f icien en er g y   tr an s f er ,   h ig h   r eliab ilit y ,   an d   th a b ilit y   to   h a n d le  f lu c tu atin g   p o wer   lev els  d u r i n g   b o th   ch ar g in g   a n d   d is ch ar g in g   cy cles.  T h er ef o r e ,   ev alu atin g   th e   ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   p er f o r m an ce   o f   E an d   E SS   b atter ies  o n   DC   c h ar g er s ,   alo n g   with   th p r esen ce   o f   a   B DC ,   is   ess en tial  f o r   id e n tify in g   o p tim al  ch ar g in g   s tr ateg ies  an d   in f r as tr u ctu r e .   T h is   r esear ch   in tr o d u c es n o v el  B DC   to p o lo g y   with   g alv an ic  is o latio n   [ 1 2 ]   h as b ee n   p r o p o s ed   to   in v esti g ate  b atter y   E an d   E SS   ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   p er f o r m a n ce .   T h e   m o s co m m o n ly   u s ed   m ajo r   b atter ies  in   p o wer   ap p licatio n s   in clu d lea d - ac id   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .     Ho wev er ,   th er a r n o ta b le  is s u es  with   E SS   b atter ies  th at  m u s b ad d r ess ed .   T h ese  is s u es  in clu d e   lim ited   b atter y   life s p an ,   d eg r ad atio n   o v er   tim e,   a n d   p er f o r m an ce   v a r iab ilit y   u n d er   d if f e r en en v ir o n m en tal   co n d itio n s   [ 1 5 ] [ 1 7 ] .   Ad d itio n ally ,   E SS   b a tter y ' s   h ig h   in itial  co s an d   m ai n ten an ce   r eq u ir em en ts   ca n   p o s e   s ig n if ican b ar r ie r s   to   wid esp r ea d   ad o p tio n .   T h ese  ch allen g es  h ig h lig h t h n ee d   f o r   o p ti m ized   ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   s tr ateg ies  to   im p r o v th e   r eliab ilit y   an d   ef f icie n cy   o f   E SS   in   s u p p o r tin g   E V   in f r astru ctu r e .   T h is   s tu d y   aim s   to   tac k le  th ese  is s u es  b y   ev alu atin g   th e   p er f o r m an ce   o f   E SS   b atter ies  alo n g s id E ch ar g in g   s y s tem s ,   f o cu s in g   o n   t h ef f ec tiv en ess   o f   B DC   to p o lo g y   wit h   g alv an ic  is o latio n .     lead - ac id   b atter y   is   co n s tr u cted   with   lead - b ased   elec tr o d es  an d   g r i d s   [ 1 8 ] .   T h e   lead   o x id in   th e   b atter y   is   cr u cial   in   e n ab lin g   th ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   p r o ce s s   th r o u g h   elec tr o ch em i ca r ea ctio n s .   T h is   p r o ce s s   in v o l v es  u s in g   An   elec tr o ly te,   alo n g   with   b o th   p o s itiv an d   n eg ativ e   elec tr o d e s ,   to   f a cilitate   th e   b atter y   elec tr o ch em ical  r ea cti o n s   [ 1 9 ] .   A n   o p e n - lo o p   co n tr o s tr ateg y   is   d escr ib ed   f o r   th co n v er ter   o p er atio n   in   ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   m o d es.  T h en ,   th b atter y - p o wer ed   E is   lin k ed   to   th is   B DC   to   E SS .   T h e   f u n ctio n ality   o f   th e   s y s tem   was  co n f ir m ed   u s in g   MA T L A B .   T h is   ar ticle  p r o v id es  p r e lim in ar y   s im u latio n   an aly s is   o f   th e   ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   p er f o r m an ce   o f   b atter ies  u tili ze d   i n   E Vs  an d   E SS T h is   s tu d y   an aly ze s   th ch a r g in g   p r o ce s s ,   in clu d in g   en er g y   tr a n s f er   an d   ch a r g in g   r ate,   o f f e r in g   v alu ab le  in s ig h ts   f o r   f u tu r r esear ch   o n   ch ar g i n g   p er f o r m a n ce   [ 2 0 ] .   T h r o u g h   s i m u latio n   im p lem en tatio n ,   th e   s tu d y   d em o n s tr ates   en h an ce d   en er g y   tr an s f er   ef f ic ien cy .   T h n o v elty   o f   th is   s tu d y   lies   i n   its   d em o n s tr atio n   o f   B DC   to p o lo g y   s p ec if ically   d esig n ed   t o   en ab le  b id ir ec tio n al  e n er g y   f l o f o r   b o t h   ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   o f   E V’ s   an d   E SS .   T h i s   s tu d y   p r o v id es   a   co m p r eh e n s iv ev alu atio n   o f   h o th is   B D C   to p o lo g y   f ac ilit ates  s ea m le s s   en er g y   tr an s f er   b etwe en   E Vs  an d   E SS ,   r ev ea lin g   th at  lead - ac i d   b atter ies,  wh en   i n teg r ated   with   s u ch   co n v er ter ,   ca n   ac h iev en h an ce d   p er f o r m an ce   an d   r eliab ilit y .   B y   ex p lo r in g   v ar io u s   ch ar g in g   s tr ateg ies  an d   th eir   im p ac o n   b atter y   b eh a v io r   th r o u g h   s im u latio n ,   t h r ese ar ch   h ig h lig h ts   th cr itical  r o le  o f   B DC s   in   o p tim izin g   b atter y   u s ag a n d   p er f o r m an ce .   T h s tu d y   p r o v id es  an   ex p er im en tal  s im u latio n   o f   th p r o p o s ed   to p o lo g y   ef f ec tiv en ess .   T h e   f in d in g s   o f f e r   n ew  in s ig h ts   in to   th p o ten tial  f o r   im p r o v e d   p er f o r m a n ce   an d   b r o ad er   a d o p t io n   o f   b id ir ec tio n al  co n v er ter s   in   s u s tain ab le  en er g y   s o lu tio n s ,   p av in g   th way   f o r   f u tu r a d v an ce m en ts   in   b atter y   m an ag e m en t   an d   en er g y   tr an s f er   tech n o lo g ies.  B y   ad d r ess in g   k ey   lim i tatio n s   in   b id ir ec tio n al  co n v e r ter s ,   th is   r esear ch   p r o v id es  s ca lab le  an d   ef f ici en s o lu tio n   f o r   in teg r atin g   E V’ s   with   E S S,  co n t r ib u tin g   to   th ad v an ce m en o f   s u s tain ab le  en er g y   m a n ag em e n t.   T h s tu d y   ad d r ess es  th id en tifie d   g ap s   b y   ev alu atin g   th p er f o r m a n ce   o f   lead - ac i d   b atter ies  in   b id ir ec tio n al  c h ar g e - d is ch ar g s ce n ar io s .   A   n o v el  B DC   to p o lo g y   with   g alv a n ic  is o lat io n   is   p r o p o s ed   t o   f ac ilit ate  ef f icien en er g y   tr an s f er   b etwe en   E Vs  an d   E SS .   T h r o u g h   MA T L AB - b ased   s im u latio n s ,   th s tu d y   ass es s es  ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   ef f icien c y ,   s tate  o f   ch ar g ( SOC ) ,   an d   en er g y   tr a n s f er   ef f ec tiv en ess .   T h k ey   c o n tr ib u tio n s   o f   th is   s tu d y   o n   d ev elo p m en t   o f   s im u latio n   f r am ewo r k   to   an aly z lead - ac id   b atter y   d y n am ics  in   E V   an d   E SS   ap p licatio n s   an d m     t o   v alid ate  B DC   p u s h - p u ll  co n v er ter   to p o l o g y   f o r   b id ir ec tio n al   en er g y   t r an s f er   ef f ec tiv en ess .       2.   M E T H O D   2 . 1 .     O v er a ll f r a m ewo r k   s y s t em   a rc hite ct ure   s im u latio n   s tu d y   was  co n d u cted   u s in g   MA T L AB   to   ass ess   th ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   p er f o r m an ce   o f   lea d - ac id   b atter ies  f o r   E Vs  an d   E SS .   I n itially ,   th g r id   in f r astru ctu r was  m o d eled ,   in co r p o r atin g   th e   g r id   s o u r ce ,   tr an s f o r m er s ,   a n d   d is tr ib u t io n   n etwo r k .   Nex t th e   DC   ch ar g er   was  m o d elled ,   co n s id er in g   p ar a m eter s   s u ch   as  c h ar g in g   r ate,   as  well  a s   v o ltag an d   cu r r e n co n s tr ain ts ,   wer co n s id er ed T h o n b o a r d   E ch ar g er   was   th en   in teg r ated ,   co n s is tin g   o f   r ec tifie r ,   DC - D C   co n v er ter ,   an d   co n tr o s y s tem .   T h f lo o f   th ch a r g in g   an d   d is ch ar g in g   th r o u g h   B DC   wa s   ev alu ated   u s in g   th ch ar g in g   r ate,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2         A   s imu la tio n - b a s ed   i n ve s tig a tio n   in to   th e   b id ir ec tio n a l c h a r g e   …  ( Mu h a mma d   A ima n   N o o r   Zela n )   785   v o ltag co m p atib ilit y ,   an d   c u r r en lim itatio n s .   B DC   i s   ess en tial  f o r   allo win g   en e r g y   to   f lo in   b o th   d ir ec tio n s   with in   th co n tex o f   E V   an d   E SS   b atter y   m an a g em en t,   f ac i litatin g   b o th   ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   p r o ce s s es.  I co n s id er s   th b atter y ' s   ca p ac ity ,   v o ltag e,   an d   ch ar g e/d is ch ar g f ea tu r es.  T h is   s etu p   en s u r es  ef f icien en er g y   tr an s f er   an d   wo r k s   well  with   b atter y   n ee d s .   Simu latio n   s ce n ar io s   wer co n s id e r ed   u s in g   cr itical  f ac t o r s   s u ch   as  ch ar g in g   d u r atio n ,   en er g y   ef f icien cy ,   a n d   SOC .   T h s tu d y   f o cu s ed   o n   ev alu atin g   t h p er f o r m an ce   o f   E a n d   E SS   b atter ies  f o r   b id ir ec tio n al  en er g y   tr an s f er .   T h s tu d y   s y s tem atica lly   ex am in ed   th f u n ctio n ality   o f   t h B DC   co n v er ter ,   em p h asizin g   its   r o le  i n   en s u r in g   s ea m less   en er g y   t r an s f er   b etwe en   E a n d   E SS   b atter ies .   I en s u r ed   t h e   co n v er ter   wo r k ed   with in   th e   v o ltag a n d   cu r r e n lim its   s et  b y   th e   g r id   a n d   b atter y   s p ec if icatio n s .   T h e   s tu d y   s h o ws   th B DC s   p er f o r m an c an d   th n ee d ed   in f r astru ctu r f o r   E a n d   E SS .     Fig u r 1   p r esen ts   th e   o v er all   s im u latio n   f l o o f   th e   s y s tem   ar ch itectu r e .   T h s y s tem   f r am ewo r k   o u tlin es  th f lo w   o f   en er g y   f r o m   th e   elec tr ical  g r id   to   t h e   E b atter y   th r o u g h   s er ies  o f   in te r co n n ec ted   co m p o n en ts .   T h p r o ce s s   b eg in s   with   4 1 5   AC   g r id   co n n ec tio n   th at  s u p p lies   p o wer   to   a   4   k W   DC   ch ar g er .   T h is   ch ar g e r   c o n v er ts   t h A C   p o wer   t o   DC ,   wh ich   is   th en   d ir ec te d   to   th e   E V’ s   o n b o ar d   ch ar g e r   with   a   ca p ac ity   o f   4 8 0   W ,   allo win g   i to   ch a r g t h E b atter y .   T h E b att er y ,   with   a   n o m in al  v o ltag o f   4 8 an d   ca p ac ity   o f   5 0   Ah ,   s to r es  th e   en er g y   n ec ess ar y   f o r   v eh icle  o p er atio n .   Ad d itio n ally ,   an   E SS   b atter y ,   with   th e   s am s p ec if icatio n s   as  th e   E V   b atter y ,   is   in teg r ated   i n to   t h e   s y s tem   to   s to r en e r g y   f o r   b o th   th e   E an d   a s   b ac k u p   f o r   t h g r i d .   T h e n er g y   f lo b etwe en   th E b att er y   an d   th E SS   is   m an ag ed   b y   2 . 4   k W   B DC ,   wh ich   en a b les  ef f icien e n er g y   tr an s f er   d u r in g   ch a r g in g   an d   d is ch ar g in g   m o d es.  I is   an   el ec tr o n ic  d ev ice  th at   ca n   co n v er DC   p o wer   f r o m   o n v o ltag e   to   an o th er   a n d   v ice  v er s [ 2 1 ] .   Ov e r all,   th s y s te m   en s u r es  ef f icien t   an d   s af en er g y   c o n v e r s io n   an d   s to r ag e,   m i n im izin g   lo s s es a n d   o p tim izin g   th c h ar g in g   p r o ce s s   f o r   th E V .           Fig u r 1 MA T L AB   s im u latio n   o f   th e   s y s tem       T h o p er atio n al   f lo o f   th e   s y s tem ,   as  d ep icted   in   Fig u r 2 ,   in v o lv es  a   s o p h is ticated   b i d ir ec tio n al   ch ar g in g   co n tr o l   lo g ic   d esig n ed   to   co n tin u o u s ly   m o n ito r   an d   m an a g t h v o ltag e   lev els  o f   b o th   th e   E b atter y   an d   th e   E SS   b atter y .   T h p r o ce s s   b eg in s   with   th co n tr o l   s y s tem   m ea s u r in g   t h v o ltag e   o f   b o t h   b atter ies.  B ased   o n   th ese   m ea s u r em en ts ,   th s y s tem   d eter m in es  th ap p r o p r iate  ch ar g in g   ac tio n .   I f   th E V   b atter y   v o ltag e   ex ce ed s   4 8   wh ile  th E SS   b atter y   v o ltag e   is   b elo w   4 8   V,   th s y s tem   in i tiates  th ch ar g in g   o f   th e   E SS   b atter y   u s in g   th e   e n er g y   f r o m   th e   E b atter y .   C o n v er s ely ,   if   th e   E b atter y   v o l tag f alls   b elo w   4 8   an d   th E SS   b atter y   v o ltag ex ce ed s   4 8   V,   th s y s tem   tr ig g er s   th ch ar g i n g   o f   th E b atter y   u s in g   th E SS   b atter y .   T h is   en tire   b id i r ec tio n al  ch a r g in g   p r o ce s s   is   f ac ilit ated   b y   th B DC ,   wh ic h   en a b les  ef f icien en er g y   t r an s f er   b etwe en   th E an d   E SS   b atter ies ac co r d in g   to   th eir   r esp ec tiv v o ltag lev els .     2 . 3   Sim ula t i o n set up   Fig u r 3   illu s tr ates  th s ch em atic  d iag r am   o f   th B DC ,   s p ec if ically   th p u s h - p u ll  co n v er ter .   T h is   co n f ig u r atio n   is   p ar ticu lar ly   e f f ec tiv f o r   e f f icien en er g y   tr an s f er   b etwe en   two   DC   s o u r ce s ,   m ak in g   it  id ea l   f o r   ap p licatio n s   s u ch   as  E V’ s   an d   E SS .   T h B D C   p u s h - p u ll  co n v er ter   o p e r at es  u s in g   p air   o f   s witch es  th at   alter n ately   co n n ec th p r im ar y   win d in g   o f   tr an s f o r m e r   to   th in p u v o ltag e.   T h is   alter n atin g   ac tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 9 ,   No .   2 ,   Au g u s 20 25 :   78 3 - 79 6   786   p r o d u ce s   p u ls atin g   AC   v o lta g in   th e   tr an s f o r m er s   p r im ar y   win d in g ,   wh ich   is   th en   r ec tifie d   an d   f ilter ed   to   g en er ate  a   s tab le  DC   o u tp u t.   T h is   m eth o d   o f f er s   ad v an tag e s ,   in clu d in g   h ig h er   p o wer   h an d lin g   ca p ac ity   a n d   s tr aig h tf o r war d   c o n tr o l m ec h a n is m s .       Fig u r 2 T h o p er atio n   f lo o f   th s y s tem           Fig u r 3 B DC   p u s h   p u ll sch e m atic       2. 3 . 1 .   Co nv er t er   s pecif ica t io ns   T h p u s h - p u ll  b id ir ec tio n al  c o n v er ter   is   cr itical  in   m o d er n   p o wer   elec tr o n ic  s y s tem s ,   f ac ilit atin g   ef f icien en er g y   tr an s f er   b etw ee n   d is p ar ate  v o ltag d o m ain s   [ 2 2 ] .   T ab le  1   s h o ws  th B D C   s p ec if icatio n   an d   th co n v er ter   o p e r ates  with in   p r im ar y   s id e   v o ltag e   d o m ain   o f   4 8   a n d   s ec o n d ar y   s id v o l tag o f   5 0   V,   p r o v id i n g   th n ec ess ar y   v o lt ag d if f er en tial  f o r   b i d ir ec tio n al  p o wer   f lo w.   Ma x im u m   C o n tin u o u s   C u r r en ( I d c)   with   m ax im u m   co n tin u o u s   cu r r en h a n d lin g   ca p ab ilit y   o f   1 0   A,   th c o n v er te r   en s u r es  r o b u s o p er atio n   u n d er   v ar y in g   l o ad   c o n d itio n s ,   a cc o m m o d atin g   d y n am ic  p o wer   d em an d s .   T h e   co n v er ter   ex h ib its   n o m in al   p o wer   r atin g   o f   2 . 4   k W ,   s ig n if y in g   its   ca p ac ity   to   ef f icien tly   tr an s f er   p o wer   b id ir ec tio n ally   wh ile  m ain tain in g   s tab le  o p er atio n   an d   p er f o r m a n ce .   Op er atin g   at  a   s witch in g   f r eq u e n cy   o f   1 0   k Hz,   th co n v er ter   em p lo y s   h ig h   f r eq u e n cy   s witch in g   to   m in im ize  s witch in g   lo s s e s   an d   en h an ce   o v e r all  en er g y   co n v er s io n   ef f icien cy .   C h ar ac ter ized   b y   d u ty   c y cle  o f   5 0 %,  th e   co n v er ter   ac h iev es  s y m m etr ical  o p er atio n ,   ef f e ctiv ely   d is tr ib u tin g   p o wer   b etwe en   th p r im a r y   a n d   s ec o n d ar y   s id es  d u r in g   b o t h   ch ar g in g   an d   d is ch ar g i n g   cy cles.  I is   eq u ip p ed   with   an   in d u cto r   ( L x )   o f   3 3   u H,   an d   th co n v er ter   lev e r ag es   in d u ctiv en er g y   s to r ag an d   r elea s m ec h an is m s   to   en s u r s m o o t h   en er g y   tr a n s f er   an d   v o ltag r eg u latio n .   A   c ap ac ito r   ( C EV ) ,   ( C ESS )   r ated   at  1 0 0 0   u f ac ilit ates  th f ilter in g   o f   r ip p le  c u r r en t s   an d   s tab ilizatio n   o f   th o u t p u v o ltag e,   th er eb y   en s u r in g   co n s is ten an d   r eliab le  p o wer   s u p p ly   to   t h lo ad .   p u s h - p u ll b id ir ec tio n al   co n v er ter   ep ito m izes  s o p h is tica ted   elec tr o n ic  p o wer   s o lu tio n   th at  is   ad ep at  ad d r ess in g   th e   d em a n d s   o f   b id ir ec tio n al  p o wer   tr an s f er   a p p licatio n s   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] .   I t s   r o b u s d esig n   an d   h i g h - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2         A   s imu la tio n - b a s ed   i n ve s tig a tio n   in to   th e   b id ir ec tio n a l c h a r g e   …  ( Mu h a mma d   A ima n   N o o r   Zela n )   787   ef f icien cy   o p er atio n   a n d   v o ltag r eg u latio n   ca p ab ilit ies  u n d er s co r its   s ig n if ican ce   in   c o n tem p o r ar y   e n er g y   m an ag em en t sy s tem s .   R ec en t stu d ies h ig h lig h t th im p o r tan ce   o f   o p tim izin g   p o we r   elec tr o n ics to   en h an ce   th e   ef f icien cy   an d   r eliab ilit y   o f   en er g y   s to r ag s y s tem s ,   with   b id ir ec tio n al  co n v er ter s   p lay i n g   a   cr u cial  r o le  in   th is   ad v an ce m e n [ 2 5 ] .   Ad d itio n a l ly ,   ad v a n ce m en ts   in   co n tr o s tr ateg ies  f o r   b id ir ec tio n al   co n v er ter s   h av s h o wn   s ig n if ican im p r o v em e n ts   in   d y n am ic  p er f o r m a n ce   an d   e n er g y   ef f icien c y   [ 2 6 ] .   T h in teg r atio n   o f   s u ch   co n v er ter s   in   elec tr ic  v eh icle  ch ar g in g   in f r astru ctu r ca n   al s o   lead   to   s u b s tan tial  r ed u ctio n s   in   en er g y   lo s s es  an d   o p er atio n al   co s ts   [ 2 7 ] .   Fu r th er m o r e ,   th e   d ev el o p m e n o f   h ig h - p o we r   b i d ir ec tio n al  co n v e r ter s   with   ad v an ce d   th e r m al  m an ag e m e n s y s tem s   h as  b ee n   p iv o tal  in   im p r o v i n g   th o v er all  p er f o r m an ce   an d   life s p an   o f   en er g y   s t o r ag s o lu tio n s   [ 2 8 ].       T ab le  1 .   B DC   s p ec if icatio n s   P a r a me t e r s   B D C   P r i mary   si d e   48   V   S e c o n d a r y   si d e   50   V   M a x ,   I d c   50   A   N o mi n a l   p o w e r   2 . 4   kW   F sw   10   k H z   D u t y   c y c l e   5 0 %   Lx   33   uH   C EV ,   C E S S   1 0 0 0   uF       2 . 3 . 2 .   Sy s t em   pa r a m et er   T h p o wer   r a n g d if f er en ce s   a m o n g   th DC   ch ar g e r ,   DC   o n b o ar d   c h ar g er ,   an d   B DC   s tem   f r o m   th eir   d is tin ct  ch ar g in g   r eq u ir em en t s   an d   o b jectiv es.  DC   ch ar g e r s   ar d esig n ed   to   d eliv er   h ig h   p o we r   r ap id l y ,   f ac ilit atin g   f ast  ch ar g in g   at   d ed icate d   s tatio n s .   I n   c o n tr a s t,  DC   o n b o ar d   ch a r g er s   p r o v id s lo wer ,   m o r e   co n v en ie n ch ar g in g   with in   th E V,   m ak in g   th em   id ea f o r   d aily   u s e.   T h B DC   en ab les  b id ir ec tio n al  en er g y   f lo b etwe en   E an d   E SS   b atter ies  f o r   b o th   ch ar g in g   a n d   d is ch ar g in g .   T ab le  2   s u m m ar izes  th d esig n   p ar am et er s   o f   th e   DC   ch a r g er ,   o n b o ar d   E V   ch ar g er ,   an d   B DC .   T h DC   ch a r g er   h as  a   r a ted   p o we r   o f   4   k W ,   wh er ea s   th o n b o ar d   E ch a r g er   an d   B DC   o p er ate   at  2 . 4   k W .   B o th   th o n b o a r d   E ch a r g er   an d   B DC   s h ar DC   v o ltag o f   4 8 V.   W h ile  th DC   ch ar g er   h as  h ig h er   c u r r en t   r atin g   o f   1 0   A,   th e   o n b o a r d   E ch ar g e r   also   h as a   1 0   r atin g .   Ad d itio n all y ,   all  th r ee   s y s tem s   o p er ate  at  s witch in g   f r eq u en c y   o f   1 0   k Hz,   wh ich   en h an ce s   s y s tem   in teg r atio n   an d   co m p a tib ilit y   in   th e   s im u latio n .   T h e s p ar am eter s   p r o v id ess en ti al  in s ig h ts   i n to   th e   p er f o r m an ce   ch a r ac ter is tics   an d   ca p ab ilit ies o f   ea ch   c h ar g i n g   s y s tem .       T ab le  2 .   Sy s tem   p ar a m eter s   s im u latio n   s etu p   P a r a me t e r s   D C   C h a r g e r   O n b o a r d   EV   c h a r g e r   B D C   d e s i g n   P r a t e d   4   k W   4 8 0   W   2 . 4 k W   V d c   4 0 0   V   48V   48V   M a x ,   I d c   20   A   10A   50A   F sw   10   k H z   1 0 k H z   1 0 k H z       T h s im u latio n   d esig n   em p h a s izes  m ain tain in g   a   co n s tan v o ltag f o r   b o th   th o n b o ar d   E ch ar g e r   an d   B DC ,   en s u r in g   s tab le  4 8   ac r o s s   th b atter y   ter m in als  th r o u g h o u t h ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   p r o ce s s .   T h is   ap p r o ac h   p r o v i d es  co n tr o lled   an d   co n s is ten ch ar g in g   en v ir o n m e n t.  T h e   p o wer   r atin g   o f   th e   ch ar g er s   is   d eter m in ed   b ased   o n   th lo ad   d esig n .   d ed icat ed   co n tr o ller   is   in teg r ated   in t o   th s im u latio n   to   r eg u late  th ch a r g in g   an d   d is ch ar g in g   p r o ce s s .   I m a n ag es  two   d is tin ct  ch ar g in g   a n d   d is ch ar g in g   s ce n ar io s ,   ad ju s tin g   th p ar am eter s   o f   t h E an d   E SS   b atter ies  ac co r d in g l y .   T h is   co n tr o ller   p l ay s   v ital  r o le   in   m ain tain in g   s y s tem   s tab ilit y ,   r eg u latin g   c h ar g in g   an d   d is ch ar g in g   m o d es,  an d   e n s u r in g   th d esire d   o p er atio n al  b eh av io r.   T ab le  3   p r esen ts   th c r itical  p ar am eter s   ch ar a cter izin g   t h e   b eh av i o u r   o f   lead - ac id   b atte r ies  in   E V   ch ar g an d   E SS   d is ch ar g m o d es  b ased   o n   th p ar am eter   th at  lead s   E S ch ar g in g   th E V.   T h n o m in al  DC   v o ltag f o r   th E V   ch ar g m o d s tate  is   4 3   V,   wh ile  f o r   E SS   d is ch ar g m o d e,   it  is   5 0   V.   Peak   v o ltag e s   r ec o r d e d   d u r i n g   o p er atio n   ar 5 0 . 0 5   f o r   E ch ar g m o d an d   5 8 . 1 9   f o r   E SS   d is ch ar g m o d e.   T o   p r ev e n o v er - d is ch a r g an d   s af e g u ar d   b atter y   in teg r ity ,   c u t - o f f   v o lta g es  o f   3 2 . 2 5   an d   3 7 . 5   ar im p lem en ted   f o r   E ch ar g a n d   E SS   d is ch ar g m o d es,  r esp ec tiv ely .   Fu r th er m o r e ,   b o th   b atter ies  e x h ib it  r ated   ca p ac ity   o f   5 0   an d   n o m in al   d is ch ar g e   cu r r en o f   2 1 . 7 4   A,   u n d er s co r i n g   th eir   c o m p ar ab le  en e r g y   s to r ag an d   p o wer   o u tp u ca p a b ilit ies.  T h ese  p ar a m eter s   ar e   s et  to   th eir   r ated   v alu es,  en s u r in g   s tan d ar d ized   p er f o r m a n ce   ac r o s s   lead - ac id   b atter y   u n its .   T h p ar am ete r   f o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 9 ,   No .   2 ,   Au g u s 20 25 :   78 3 - 79 6   788   E ch ar g in g   m o d to   E SS   s h o wn   E will  b ch ar g an d   E S d is ch ar g e,   d etailin g   th s am p ar am eter s   b u in   th co n tex t o f   E d is ch ar g a n d   E SS   ch ar g m o d es.  T h is   d elin ea tio n   is   cr u cial  f o r   m ain tain in g   co n s is ten cy   in   ch ar g in g   a n d   d is ch ar g in g   o p e r atio n s ,   as  o p er atio n al  p a r am eter s   alig n   with   th o s s p ec if ied .   Su ch   u n i f o r m ity   f ac ilit ates  co n tr o lled   en er g y   m an ag em en with in   E a n d   E SS   s y s tem s ,   o p tim izin g   th ei r   p er f o r m an ce   a n d   lo n g ev ity .       T a b l e   3 .   L e a d   a c i d   s i z e   f o r   E V   a n d   E S S   a n d   c h a r a c t e r i s t i c   s i m u l a t i o n   p a r a m e t e r s   o n   c h a r g e   &   d i s c h a r g e   m o d e     P a r a me t e r   f o r   ESS   c h a r g i n g   m o d e   t o   EV   P a r a me t e r   f o r   EV   c h a r g i n g   m o d e   t o   ESS   EV   ( C h a r g e )   ESS   ( D i sch a r g e )   EV   ( D i sc h a r g e )   ESS   ( C h a r g e )   N o mi n a l   D C   v o l t a g e   4 3   V   5 0   V   5 0   V   4 3   V   P e a k   v o l t a g e   5 0 . 0 5   V   5 8 . 1 9   V   5 8 . 1 9   V   5 0 . 0 5   V   C u t - o f f   v o l t a g e   3 2 . 2 5   V   3 7 . 5   V   3 7 . 5   V   3 2 . 2 5   V   R a t e d   c a p a c i t y ,   A h   5 0   A h   5 0   A h   5 0   A h   5 0   A h   N o mi n a l   d i s c h a r g e   c u r r e n t   2 1 . 7 4   A   2 1 . 7 4   A   2 1 . 7 4   A   2 1 . 7 4   A       2 . 3 . 3 .   C o ntr o l st ra t e g y   a nd   t heo re t ica l f o r m ula   T h co m p lete  s witch in g   cy cl o f   th is   co n v er ter   is   co m p o s ed   o f   two   p r im a r y   s tep s .   T h e   d ir ec tio n   o p er atio n   m o d o f   mode   1   an d   mode   2   is   s h o ws   in   Fig u r 4 .   Fo r   Fig u r 4 ( a )   is   th m o d e   1   in v o lv es  th e   ac tiv atio n   o f   s witch es  M1 ( Sw1 )   an d   M3 ( Sw3 ) ,   wh ile  M2 ( S w2 )   an d   M4 ( Sw4 )   r em ain   o f f .   Du r in g   th is   p h ase,   cu r r en f lo ws  th r o u g h   th p r im ar y   win d i n g   o f   th e   tr an s f o r m er ,   in d u ci n g   a   v o lta g ac r o s s   th s ec o n d a r y   win d in g .   T h is   en ab les  en er g y   tr an s f er   f r o m   th E SS   to   th E o r   v ice  v er s a,   d ep e n d in g   o n   th d ir ec tio n   o f   p o wer   f lo w.   T h is   s tep   r ep r ese n ts   th f ir s t h alf   o f   th s witch in g   p er i o d .   I n   s tep   2   s h o in   Fig u r 4 ( b ) ,   th s witch in g   r o les  r ev er s e,   with   Sw2   an d   Sw4   tu r n in g   o n   wh ile  Sw1   an d   Sw3   tu r n   o f f .   T h e   cu r r en t   f lo ws  th r o u g h   th o p p o s ite  win d in g   o f   th e   tr an s f o r m er ,   co m p letin g   t h e n er g y   tr an s f er   in   th o p p o s ite  p o lar ity .   T h is   cr ea tes th s ec o n d   h alf   o f   th s witch in g   cy cle.   T o g et h er ,   th ese  two   s tep s   f o r m   c o m p lete  c y cle  ( T ) ,   e n ab lin g   b id ir e ctio n al  p o wer   f lo b etwe en   th E V   an d   E S S,  f ac ilit atin g   b o th   ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   o p er atio n s .   T h e   alter n atin g   s witch in g   m et h o d ,   co m b in ed   with   th ce n ter - tap p ed   tr an s f o r m er ,   e n s u r es  ef f icien en er g y   tr a n s f er   with   g alv an ic  is o latio n   b etwe en   th two   s id es .   T h is   m eth o d   is   cr u cial  f o r   m ain tain in g   s tab le  an d   b id ir ec tio n al  en er g y   f l o in   th s y s tem .         ( a)       ( b )     Fig u r 4 Op e r atio n   m o d e   ( a )   m o d 1   ( SOC )   an d   ( b )   m o d 2     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2         A   s imu la tio n - b a s ed   i n ve s tig a tio n   in to   th e   b id ir ec tio n a l c h a r g e   …  ( Mu h a mma d   A ima n   N o o r   Zela n )   789   T h eq u atio n   g iv e n   b ased   o n   th m o d w h ich   is   f o r   m o d 1   Sw1   an d   Sw3   is   tu r n ed   o n   t r an s f er r in g   en er g y   to   s ec o n d ar y   win d in g .   Mo d 2   wh ich   is   Sw2   an d   Sw4   is   tu r n   o n   th r ev er s in g   p o wer   f lo o cc u r s .   T h is   m o d r ep r esen ts   th o p e r atio n   o f   th s witch in g   o f   th e   B D C .   T h ce n ter   tap   tr an s f o r m er   is   g iv en   in   ( 1 )   f o r   m o d 1   an d   ( 2 )   f o r   m o d 2 .     = 1 =     (  )   ( 1 )     = 2 =     (  )   ( 2 )     W h er is   th n u m b er   o f   t u r n   an d   th v o ltag o f   in d u cto r ,      is   g iv en   in   ( 3 )   f o r   m o d e   1   an d   ( 4 )   f o r   m o d 2 .      = 1     [     (  )     ( 3 )      = 2     [     (  )     ( 4 )     T h cu r r e n t f o r   in d u cto r   is   g iv en   in   ( 5 )   f o r   m o d 1   a n d   ( 6 )   f o r   m o d 2 .       =  1    ( 5 )       =  2    ( 6 )       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   W h ile  ea r lier   s tu d ies  h av an aly ze d   b id ir ec tio n al  en e r g y   f l o in   lead - ac id   b atter ies,  th ey   h av n o t   ex p licitly   ad d r ess ed   th im p a ct  o f   B DC   o n   ch ar g in g   e f f icien cy   an d   e n er g y   tr an s f er .   T h s im u latio n   r esu lts   in d icate   th at  lead - ac id   b atter ies  m ain tain   s tab le  v o ltag an d   cu r r en p r o f iles   ac r o s s   b o th   E a n d   E SS   ap p licatio n s .   T h e   b id ir ec tio n a DC - DC   co n v er ter   f ac ilit ated   ef f icien e n er g y   tr an s f e r ,   w ith   m in im al  en e r g y   lo s s L ea d   Acid   b atter ies  ex p er ien ce   ch a r g in g   an d   d is ch ar g in g   c y cles   th at  f lo th r o u g h   th e   B DC th b id ir ec tio n al  f l o is   p er f o r m e d   b y   ad ju s tin g   th p a r am eter   o n   th b atter y   v o ltag o f   E V   an d   E SS   o n   ch ar g i n g   an d   d is ch ar g in g   m o d as  s h o wn   in   T a b le  3 T ab le   4   p r esen ts   th s im u latio n   r esu lts .   T h r esu lts   h ig h lig h t   t h e   b eh av io u r   o f   th b atter ies  in   ter m s   o f   v o ltag e,   c u r r en t,   p o wer ,   th in itial  s tate  o f   d is ch ar g ( SO D)   -   in itial  ( SOC ) ,   an d   th s tatu s   o f   b atter y   elec tr ic  v eh icles  ( B E Vs)   d u r in g   th e x p er im e n t.   T h e   lead - ac id   b atter ies  u n d er g o   ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   cy cles ,   as  d etailed   in   T a b le   3 T o   ev alu ate  th B DC   p er f o r m an ce   u n d e r   d if f er en b id ir ec tio n al  p o wer   f lo co n d itio n s ,   m u ltip le  s im u latio n   tr ial  s ce n ar io s   w er d esig n ed .   T h e   MA T L AB   s im u latio n   r an   f o r   6 0   s ec o n d s   p er   tr ial,   r e co r d i n g   p er f o r m a n ce   m et r ics,  wh ich   ar b atter y   v o ltag an d   cu r r e n b eh av io r   d u r in g   ch ar g an d   d is ch ar g cy cles.  T h tr ials   in v o lv ed   in   th is   s tu d y   ar s tr u ctu r ed   to   o b s er v th b atter y   b eh a v io r   d u r in g   d i f f er en o p er atio n al  m o d es,  with   f o u r   tr ials   co n d u ct ed   in   to tal.   T r ials   1   an d   4   f o c u s   o n   ch ar g i n g ,   wh i le  T r ials   2   an d   3   f o c u s   o n   d i s ch ar g in g .   Fo r   th e   d ata  p r o ce s s in g   th co llected   v o ltag e,   cu r r e n t a n d   p o wer   d at was a n aly ze d   u s in g   MA T L A B   to   d eter m in B DC   ef f icien cy .   L ea d - ac id   b atter ies  u n d er g o   c h ar g in g   cy cles.  N o tab ly ,   th i n itial  v o ltag o f   t h E V   b atter y   in   t r ial  1   is   4 3   V,   with   a   n eg ativ cu r r e n o f   2 . 9 0   A,   r esu ltin g   in   p o wer   o u tp u o f   1 2 4 . 7 0   W .   Simi lar ly ,   in   t r ial  3 ,   th e   E b atter y   e x h ib its   d is ch ar g e   b eh av i o r ,   with   a n   in itial  v o ltag o f   5 0   an d   cu r r en o f   3 . 8 1   A,   y ield in g   a   p o wer   o u tp u t   o f   1 9 0 . 5 0   W .   T h ese  o b s er v atio n s   s u g g est  lea d - ac id   b atter ies'   ef f icien ch ar g in g   a n d   d is ch ar g i n g   ca p ab ilit ies  in   E ap p licatio n s ,   as  th ey   m ain tain   s tab le  v o ltag an d   p o wer   o u tp u ts   d u r in g   th ese  p r o ce s s es.   T h co n s is ten t p o wer   o u tp u t d u r in g   c h ar g in g   in d icate s   m in i m al  en er g y   lo s s   an d   ef f ec tiv e   en er g y   s to r a g e.   C o n v er s ely ,   in   th E SS   tr ials ,   th lead - ac id   b atter ies  d is ch ar g en er g y   to   p o wer   ex te r n a s y s tem s .   T r ial  2   d em o n s tr ates th d is ch ar g o f   th E SS   b atter y ,   with   an   in itial v o ltag o f   5 0   an d   p o s itiv cu r r en t o f   6 . 0 2   A,   r esu ltin g   in   a   p o wer   o u tp u o f   3 0 1 . 0 0   W .   Ad d itio n al ly ,   t r ial  4   illu s tr ates  ch ar g in g   b eh av io r ,   wh er t h E SS   b atter y   ex h ib its   an   in itial  v o ltag o f   4 3   an d   n eg ativ cu r r en o f   1 . 4 3   A,   g en e r atin g   p o wer   o u tp u o f   6 1 . 4 9   W .   T h ese  f in d i n g s   u n d er s co r t h v e r s atility   o f   lead - ac id   b atter ies  in   s u p p ly in g   p o wer   to   ex ter n al   s y s tem s   d u r in g   E SS   d is ch ar g o p er atio n s   an d   ac ce p tin g   e n er g y   d u r in g   ch a r g in g   cy cles ,   as  th ey   a d ap to   d if f er en o p er atio n al  r e q u ir e m en ts   wh ile  m ain tain in g   p er f o r m an ce Ov er all,   th e   ex p e r i m en tal  r esu lts   af f ir m   th s u itab ilit y   o f   lead - ac id   b atter ies  f o r   b o th   E an d   E S ap p licatio n s ,   h ig h lig h tin g   t h eir   ca p ab ilit y   to   ef f icien tly   u n d er g o   ch ar g in g   an d   d i s ch ar g i n g   cy cles  wh ile   m ain tain in g   s tab le  v o ltag a n d   cu r r en p r o f iles .   T h ese  in s ig h ts   co n tr ib u te   v alu ab le  in f o r m atio n   t o   th o n g o in g   r esear c h   an d   d ev el o p m en o f   b atter y   tech n o lo g ies f o r   s u s tain ab le  e n er g y   s to r a g s o lu tio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 9 ,   No .   2 ,   Au g u s 20 25 :   78 3 - 79 6   790   T ab le  4 .   Simu latio n   r esu lt   Ty p e o f   b a t t e r y   B a t t e r y   Ti me   ( sec s)   I n i t i a l   v o l t a g e   ( V )   C u r r e n t   ( A )   P o w e r   ( W )   S O D - S O C   B EV s t a t u s   Le a d   a c i d   Tr i a l   1 .   EV   0 - 60   43   ( - ) 2 . 9 0   1 2 4 . 7 0   7 0 -   7 0 . 1 0 %   C h a r g e   Tr i a l   2 .   ESS   0 - 60   50   6 . 0 2   3 0 1 . 0 0   9 0 - 8 9 . 8 1 %   D i sch a r g e   Le a d   a c i d   Tr i a l   3 .   EV   0 - 60   50   3 . 8 1   1 9 0 . 5 0   9 0 - 8 9 . 8 7 %   D i sch a r g e     Tr i a l   4 .   ESS   0 - 60   43   ( - ) 1 . 4 3   6 1 . 4 9   7 0 -   7 0 . 0 5 %   C h a r g e       Fig u r es  5   an d   6   illu s tr ate  th SOC   tr en d s   f o r   b o th   th E a n d   E SS .   Fig u r es  5 ( a ) - ( d )   illu s tr ate  th E V   b atter y ' s   p er f o r m an ce   i n   ch a r g in g   m o d e.   M o n ito r in g   th e s SOC   tr en d s   is   cr itica f o r   en s u r in g   o p tim al   p er f o r m an ce   an d   lo n g ev ity Fi g u r es 6 ( a) ( d )   p r esen t th p er f o r m an ce   o f   th E SS   b atter y   i n   d is ch ar g in g   m o d e.   T h SOC   tr en d s   h elp   o p tim ize  en er g y   d is tr ib u tio n M o n it o r in g   th ese  SOC   tr en d s   is   cr itic al  f o r   en s u r in g   o p tim al  p er f o r m an ce   a n d   lo n g ev ity   o f   b o th   s y s tem s .   Fo r   E Vs,  tr ac k in g   SOC   h elp s   p r ev en o v e r ch ar g in g   o r   d ee p   d is ch ar g in g ,   wh ich   ca n   d eg r a d b atter y   life .   Fo r   E SS ,   m ain tain in g   a n   ap p r o p r i ate  SOC   b alan ce   is   ess en tial  to   en s u r th at  t h s y s tem   is   r ea d y   to   p r o v id e   b ac k u p   p o wer   o r   a b s o r b   e x ce s s   en er g y   wh e n   n ee d ed ,   th er eb y   en h an cin g   o v er all  en er g y   ef f icien c y   an d   r elia b ilit y .   I n   Fig u r 5 ( a) ,   th SOC   is   s h o wn   to   in cr ea s e   d u r in g   th e   ch ar g in g   p h ases ,   i n d icatin g   t h at  th e   b atter y   is   s to r in g   en er g y .   T h is   in cr ea s e   in   SOC   r ef lects  th e   b atter y ' s   ca p ac ity   to   ac ce p an d   s to r e   elec tr ical  en e r g y   ef f icien tly ,   wh ic h   is   cr u cial  f o r   ex ten d in g   th e   o p er atio n al  r an g o f   E V s   an d   en h an cin g   th p e r f o r m an ce   o f   E SS .   On   th o th er   h an d ,   Fig u r 6 ( a )   illu s tr ates   th d ec r ea s in   SOC   d u r in g   d i s ch ar g in g   p h ases ,   wh er th s to r ed   en e r g y   is   u tili ze d   to   p o w er   ex ter n al  s y s tem s   o r   th E V   its elf .   T h d ec r ea s in   SOC   d u r in g   d is ch ar g i n g   in d icate s   th ef f ec tiv d eliv er y   o f   en er g y   f r o m   th e   b atter y   to   th lo ad ,   d em o n s tr atin g   th b atter y ' s   ab ili ty   to   p r o v id r eliab le  p o we r   wh en   n ee d ed .   T h ese  SOC   tr en d s   ar e   cr itical  in d icato r s   o f   th e   b atter y ' s   h ea lth   an d   p er f o r m an ce ,   p r o v id in g   in s ig h ts   i n to   its   ef f icien c y   a n d   ca p ac ity   in   r ea l - wo r ld   ap p licatio n s .           ( a)   ( b )         ( c)   ( d )     Fig u r 5 R esu lt o f   ( a )   SOC ,   ( b )   b atter y   cu r r e n ( A) ,   ( c)   b att er y   v o ltag e   ( V) ,   a n d   ( d )   p o wer   ( W )   f o r   EV   b atter y   wh ile  in   ch ar g in g   m o d e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2         A   s imu la tio n - b a s ed   i n ve s tig a tio n   in to   th e   b id ir ec tio n a l c h a r g e   …  ( Mu h a mma d   A ima n   N o o r   Zela n )   791       ( a)   ( b )         ( c)   ( d )     Fig u r 6 R esu lt o f   ( a )   SOC ,   ( b )   b atter y   c u r r e n t ( A) ,   ( c)   b att er y   v o ltag e   ( V) ,   a n d   ( d )   po wer   ( W )   f o r   E SS   b atter y   wh ile  in   d is ch ar g in g   m o d e.       Fig u r es  7   an d   8   p r esen d etailed   an aly s is   o f   th b atter y   p er f o r m an ce   in   th s im u latio n   d u r in g   d is ch ar g in g   an d   ch ar g in g   m o d es,  r esp ec tiv ely ,   f o r   th E V   an d   th e   E SS .   T h ese  p a r en f i g u r es  illu s tr ate  h o w   th B DC   r eg u lates  th en er g y   tr an s f er   b etwe en   E an d   E SS   b y   d is p lay in g   tr en d s   in   f o u r   k e y   p ar am eter s   wh ich   is   SOC ,   b atter y   c u r r en t ,   b atter y   v o ltag e,   a n d   p o wer   o u tp u t.   Fig u r es  7 ( a) ( d )   f u r th er   illu s tr ate  th E b atter y s   b eh a v i o r   d u r in g   d i s ch ar g m o d e .   T h r esu lts   h ig h lig h s tab le  v o ltag e   r eg u latio n   an d   e n er g y   ef f icien cy   an d   Fig u r es  8 ( a) ( d )   p r esen th ch ar g in g   p e r f o r m an ce   o f   th E SS   b atter y ,   r ef le ctin g   s tab le  en er g y   ab s o r p tio n .           ( a)     ( b )       ( c)   ( d )     Fig u r 7 R esu lt o f   ( a )   SOC ,   ( b )   b atter y   cu r r e n ( A) ,   ( c)   b att er y   v o ltag e   ( V) ,   a n d   ( d )   p o wer   ( W )   f o r   E b atter y   wh ile  in   d is ch ar g in g   m o d e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 9 ,   No .   2 ,   Au g u s 20 25 :   78 3 - 79 6   792   Similar ly ,   Fig u r es  7 ( a)   an d   8 ( a)   r ef lect  th SOC   tr en d s   o b s er v ed   in   Fig u r es  5 ( a)   an d   6 ( a) .   I n   Fig u r 6 ( a) ,   th SOC   d ec r ea s es  d u r in g   th d is ch ar g i n g   p h ases ,   m ir r o r in g   t h b eh av i o r   in   Fig u r 5 ( a)   an d   f u r t h er   d em o n s tr atin g   th e   b atter y ' s   ab ilit y   to   e f f ec tiv ely   d eliv er   e n er g y   to   ex ter n al   s y s tem s   o r   th E V.   C o n v er s ely ,   Fig u r 7 ( a)   s h o ws  an   in cr ea s e   in   SOC   d u r in g   ch a r g in g   p h ases ,   s im ilar   to   t h tr e n d   in   Fig u r 5 ( a) ,   in d icatin g   th b atter y ' s   ef f icien en er g y   s to r ag ca p ab ilit ies.  T h es f ig u r es  co llectiv ely   u n d er s co r th r o b u s t   p er f o r m an ce   o f   lead - ac id   b atter ies  in   b o th   ch ar g in g   a n d   d is ch ar g in g   s ce n a r io s ,   r ein f o r cin g   th eir   s u itab ilit y   f o r   E an d   E SS   ap p licatio n s .           ( a)   ( b )         ( c)   ( d )     Fig u r 8 R esu lt o f   ( a )   SOC ,   ( b )   b atter y   cu r r e n ( A) ,   ( c)   b att er y   v o ltag e   ( V) ,   a n d   ( d )   p o wer   ( W )   f o r   E SS   b atter y   wh ile  in   ch a r g in g   m o d e       T ab le  5 .   s h o ws  th at   i n   th E V - to - E SS   m o d e,   t h p r im a r y   s id o f   th c o n v e r ter   m ain tai n s   s tab le  v o ltag o f   5 0   V,   co u p led   with   p r im ar y   c u r r en o f   4 0   A,   in d icatin g   co n s is ten t p o wer   in p u t f r o m   th E V.   On   th s ec o n d ar y   s id e,   th co n v e r ter   ef f ec tiv ely   s tep s   d o wn   th v o ltag to   4 8   V,   wh ile  co n c u r r en tly   d eliv e r in   s ec o n d ar y   cu r r en o f   3   A.   T h is   d em o n s tr ates  th co n v er ter s   ca p ab ilit y   to   ef f icien tl y   ch ar g th E SS ,   en ab lin g   th e   s to r ag e   o f   s u r p l u s   en er g y   g en er ate d   b y   th E V.   No tab ly ,   th e   s tatu s   in d ic ates  th at  th e   E is   ac tiv ely   ch ar g in g   th E SS ,   ex e m p lify in g   t h u tili za tio n   o f   ex ce s s   en er g y   f o r   f u tu r u s e .   C o n v er s ely ,   in   th E SS - to - E m o d e,   th p r im ar y   v o ltag e   r em ain s   co n s is ten at  5 0   V,   alb eit  with     n eg ativ e   p r im ar y   cu r r en o f   ( - ) 5 0   A,   s ig n if y in g   r e v er s e   cu r r e n f lo f r o m   th e   E SS .   Similar ly ,   o n   t h s ec o n d ar y   s i d e,   th c o n v e r ter   m ain tain s   v o ltag o u tp u t   o f   4 8   V,   ac c o m p a n ied   b y   a   n eg ativ s ec o n d ar y   cu r r en t o f   ( - )6   A.   T h is   r ev er s e   p o wer   f lo in d icate s   th co n v er ter s   ab ilit y   to   ef f ec tiv el y   c h an n el  e n er g y   f r o m   th E SS   to   th E f o r   p r o p u ls io n .   T h s tatu s   in d icate s   t h at  th E SS   i s   ch ar g in g   th E V,   illu s tr atin g   th u tili za tio n   o f   s to r ed   e n er g y   to   p o wer   th v eh icle.   Un lik p r io r   r esear ch ,   wh ich   r ep o r ted   s ig n if ica n ef f icien cy   lo s s es   in   b id ir ec tio n al  en er g y   tr an s f er ,   o u r   s tu d y   d em o n s tr ates  th at  an   o p tim ized   B DC   to p o lo g y   with   g alv an ic  is o latio n   en h an ce s   o v er all  s y s tem   ef f icien cy .   T h r esu lts   d em o n s tr ate  th co n v er te r ' s   s tab le  v o ltag r eg u latio n   an d   ef f icie n p o wer   tr a n s f er   in   b o th   o p er atio n al  m o d es.  T h c o n s is ten v o ltag e   an d   cu r r en t   lev els  in d icate   m i n im al  lo s s es a n d   h ig h   ef f icien c y   in   en er g y   co n v er s io n ,   wh ich   is   cr u cial  f o r   o p tim izin g   o v er all  s y s tem   p er f o r m a n ce .   T h e   im p lem en tatio n   o f     B DC   u s in g   p u s h   p u ll  c o n v e r ter   r ep r esen ts   n o v el  a p p r o a ch   in   th is   r esear ch .   T h e   p r im a r y   f i n d in g s   i n d icate   th at  th B DC   s ig n if ican tly   en h an ce s   th ef f icien c y   an d   s tab ilit y   o f   en e r g y   tr an s f er   b etwe en   E Vs  an d   E SS Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.