Propuesta y Comparación de Algoritmos de Balanceo Pasivo de Celdas NMC para una Batería de Iones de Litio

• de la Vega, Roberto ^[1] ; Andréu Lamperti, Santiago ^[2] ; Rossi, Silvano ^[3] ; Spina, Marcelo ^[4] ; Brizzio, Nicolás ^[4] ; Leegstra, Roberto ^[1]
  1. [1] Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería, INTELYMEC, Olavarría, Argentina
  2. [2] Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería, Olavarría, Argentina 3CIFICEN (UNCPBA-CICPBA-CONICET), Olavarría, Argentina
  3. [3] Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería, INTELYMEC, Olavarría, Argentina; CIFICEN (UNCPBA-CICPBA-CONICET), Olavarría, Argentina
  4. [4] Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería, Olavarría, Argentina

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• Localización: Revista Politécnica, ISSN-e 2477-8990, Vol. 55, Nº. 1, 2025 (Ejemplar dedicado a: Revista Politécnica), págs. 83-94
• Idioma: español
• DOI: 10.33333/rp.vol55n1.08
• Títulos paralelos:
  • Proposal and Comparison of Passive Balancing Algorithms of NMC cells for a Lithium-ion Battery
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• Resumen
  • español

    En este trabajo se proponen, prueban y comparan tres algoritmos de balanceo pasivo, basados en tensión, de celdas de batería con tecnología de cátodo óxido de litio-níquel-manganeso-cobalto (NMC), como parte del desarrollo de un sistema de manejo de batería (BMS) para una batería de iones de litio. El enfoque del trabajo está orientado a la aplicación de dichos algoritmos en BMS de vehículos eléctricos. Se realizó un software para llevar adelante el ensayo el cual permite modificar parámetros de forma sencilla y flexible, para adaptarse a baterías de iones de litio con otros tipos de celdas. En particular, los ensayos se realizaron sobre una batería en configuración 14S1P, definiéndose tres pruebas diferentes, sin balancear, balanceando, partiendo de celdas balanceadas y balanceando, partiendo de celdas desbalanceadas. Se muestran los resultados obtenidos a partir de los ensayos realizados, concluyendo sobre cual algoritmo presenta mejores resultados, considerando la capacidad del pack de celdas utilizado, el balanceo logrado y la energía disipada por ecualización.

  • English

    In this work, three voltage-based passive balancing algorithms of battery cells with lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (NMC) cathode technology are proposed, tested, and compared as part of the development of a battery management system (BMS) for a lithium-ion battery. The focus of the work is oriented to the application of these algorithms in BMS of electric vehicles. Software was developed to carry out the test, which allows parameters to be changed in a simple and flexible way, to adapt to lithium-ion batteries with other types of cells. In particular, the tests were carried out on a battery in 14S1P configuration, defining three different tests, unbalanced, balancing, starting from balanced cells and balancing, starting from unbalanced cells. The results obtained from the tests carried out are shown, concluding on which algorithm presents the best results, considering the capacity of the cell pack used, the balance achieved and the energy dissipated by equalization.

• Referencias bibliográficas
  • Aizpuru, I., Iraola, U., Canales, J. M., Echeverria, M., & Gil, I. (2013). Passive balancing design for Li-ion battery packs based on...
  • Aizpuru, I., Iraola, U., Canales, J. M., Goikoetxea, A. & Garayalde, E. (2017). Balancing current and efficiency modelling of single switch...
  • Amin, Ismail, K., Nugroho, A. & Kaleg, S. (2017). Passive balancing battery management system using MOSFET internal resistance as balancing...
  • Brand, M., Gläser, S., Geder, J., Menacher, S., Obpacher, S., Jossen, A. & Quinger, D. (2013). Electrical safety of commercial Li-ion...
  • Castano, S., Serrano-Jimenez, D. & Sanz, J. (2016). BMS influence on Li-ion packs characterization and modeling. Proc. 2016 IEEE 16th...
  • Cueva, E., Lucero, J., Guzmán, A., Rocha, J. & Espinoza, L. (2018). Review of the state of the art of batteries in automotive applications....
  • Di Rienzo, R., Zeni, M., Baronti, F., Roncella, R. & Saletti, R. (2020). Passive balancing algorithm for charge equalization of series...
  • Garaventta, G. y Actis, M. (2018). Desarrollos tecnológicos de baterías en base a litio. En F. J. Díaz (Ed.), El litio en Argentina: visiones...
  • Gupta, P. P., Kumar, N. & Nangia, U. (2022). Passive cell balancing and battery charge controller with CCCV topology. Proc. 2022 3rd International...
  • Hannan, M. A., Hoque M. M., Hussain, A., Yusof, Y. & Ker, P. J. (2018). State-of-the-art and energy management system of lithium-ion batteries...
  • Hussein, A. A-H. & Batarseh, I. (2011). An overview of generic battery models. 2011 IEEE Power and Energy Society General Meeting, Detroit,...
  • Incell Academy (n.d.). Comparison common lithium technologies. International AB. Obtenido de: http://www.incellint.com (Junio, 2019).
  • Kurpiel, W., Deja, P., Polnik, B., Skóra, M., Miedzinski, B., Habrych, M., Debita, G., Zamlynska, M., and Falkowski-Gilski, P. (2021).
  • Performance of passive and active balancing systems of lithium batteries in onerous mine environment. Energies, 14(22), 7624. https://dx.doi.org/10.3390/en14227624
  • Lee, Y., Jeon, S., Lee, H. & Bae, S. (2016). Comparison on cell balancing methods for energy storage applications. Indian Journal of Science...
  • Lu, L., Han, X., Li, J., Hua, J. & Ouyang, M. (2013). A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles....
  • Nitta, N., Wu, F., Lee, J. T. & Yushin, G. (2015). Li-ion battery materials: present and future. Materials Today, 18(5), 252–264. https://dx.doi.org/10.1016/j.mattod.2014.10.040
  • Omariba, Z. B., Zhang, L. & Sun, D. (2019). Review of battery cell balancing methodologies for optimizing battery pack performance in...
  • Quintero, V., Che, O., Ching, E., Auciello, O. & de Obaldía E. (2021). Baterías de ion litio: características y aplicaciones. Revista...
  • Reddy, R.C.K., Lin, X., Zeb, A. et al. (2022). Metal–organic frameworks and their derivatives as cathodes for lithium-ion battery applications:...
  • Rodríguez Patarroyo, D., Gómez, R. & Campos, A. (2015). Sistemas de gestión de baterías (BMS) y su importancia para los sistemas de almacenamiento...
  • Song, H. & Lee, S. (2023). Study on the systematic design of a passive balancing algorithm applying variable voltage deviation. Electronics,...
  • Stroe, D. -I., Swierczynski, M., Kær S. K. & Teodorescu, R. (2018). Degradation behavior of lithium-ion batteries during calendar ageing...
  • Texas Instruments (2016). bq76PL536A 3-to-6 Series Cell Lithium-Ion Battery Monitor and Secondary Protection IC for Applications. Disponible...
  • Tyrpekl, M., Zavrel, M. and Kindl, V. (2022). Comparison of active and passive battery balancing. 2022 20th International Conference on Mechatronics...
  • Vitols, K. (2015). Efficiency of LiFePO4 battery and charger with passive balancing. 2015 IEEE 3rd Workshop on Advances in Information, Electronic...
  • Voloskyi, V., Leshchyshyn, Y., Romanyshyn, N., Palamar, A. and Tarasenko, L. (2024). Method and algorithm for efficient cell balancing in...
  • Wei, L., Jie, L., Wenji, S. & Ziping, F. (2017). Study on passive balancing characteristics of serially connected lithium-ion battery...
  • Xing, Y., He, W., Pecht, M. & Tsui, K. L. (2014). State of charge estimation of lithium-ion batteries using the open-circuit voltage at...
  • Youssef, R., Hosen, M. S., He, J., Jaguemont, J., De Sutter, L., Van Mierlo, J. and Berecibar, M. (2021). Effect analysis on performance enhancement...
  • Zachmann, N., Petranikova, M. & Ebin, B. (2023). Electrolyte recovery from spent Lithium-Ion batteries using a low temperature thermal...
  • Zhang, X., Li, Z., Luo, L., Fan, Y. and Du, Z. (2022). A review on thermal management of lithium-ion batteries for electric vehicles. Energy,...
  • Zheng, L., Zhu, J. & Wang, G. (2016). A comparative study of battery balancing strategies for different battery operation processes. 2016...