This study proposes an enhanced switching pattern that can improve energy transfer efficiency in an active cell-balancing circuit using a multiwinding transformer. This balancing circuit performs cell balancing by transferring energy stored in a specific cell with high energy to another cell containing low energy through a multiwinding transformer. The circuit operates in flyback and buck-boost modes in accordance with the energy transfer path. In the conventional flyback mode, the leakage inductance of the transformer and the stray inductance component of winding can transfer energy to an undesired path during the balancing operation. This case results in cell imbalance during the cell-balancing process, which reduces the energy transfer efficiency. An enhanced switching pattern that can effectively perform cell balancing by minimizing the amount of energy transferred to the nontarget cells due to the leakage inductance components in the flyback mode is proposed. Energy transfer efficiency and balancing speed can be significantly improved using the proposed switching pattern compared with that using the conventional switching pattern. The performance improvements are verified by experiments using a 1 W prototype cell-balancing circuit.
This paper proposes a transformer design of a direct cell-to-cell active cell balancing circuit with a multi-winding transformer for battery management system (BMS) applications. The coupling coefficient of the multi-winding transformer and the output capacitance of MOSFETs significantly affect the balancing current transfer efficiency of the cell balancing operation. During the operation, the multi-winding transformer stores the energy charged in a specific source cell and subsequently transfers this energy to the target cell. However, the leakage inductance of the multi-winding transformer and the output capacitance of the MOSFET induce an abnormal energy transfer to the non-target cells, thereby degrading the transfer efficiency of the balancing current in each cell balancing operation. The impacts of the balancing current transfer efficiency deterioration are analyzed and a transformer design methodology that considers the coupling coefficient is proposed to enhance the transfer efficiency of the balancing current. The efficiency improvements resulting from the selection of an appropriate coupling coefficient are verified by conducting a simulation and experiment with a 1 W prototype cell balancing circuit.
This study proposes an improved cell balancing circuit for fast equalization among lithium-ion (Li-ion) batteries. A simple voltage sensorless charge balancing circuit has been proposed in the past. This cell balancing circuit automatically transfers energy from high-to low-voltage battery cells. However, the circuit requires a switch with low on-resistance because the balancing speed is limited by the on-resistance of the switch. Balancing speed decreases as the voltage difference among the battery cells decrease. In this study, the balancing speed of the cell balancing circuit is enhanced by using the auxiliary circuit, which boosts the balancing current. The charging current is determined by the nominal battery cell voltage and thus, the balancing speed is almost constant despite the very small voltage differences among the batteries. Simulation results are provided to verify the validity of the proposed cell balancing circuit.
In this paper, the run time of Li-polymer secondary cell with and without Active Balancing BMS is analyzed. The Active Balancing System using Flyback Converter with two-way power control facility, his designed for optimal characteristics of balancing. The run time of Li-polymer secondary cell is drastically increased employing the Flyback Convert Active Balancing BMS. The run time performance of Li-polymer secondary cell with or without Flyback Converter Active Balancing BMS is analyzed with the discharging and charging experiment of Li-polymer secondary cell.
This paper analyzes a symmetric active cell balancer for a battery management system. The considered cell balancer uses a forward converter in which the circuit structure is symmetric. This cell-balancing method uses fewer switches and is simpler than the previously proposed active cell-balancing circuits. Active power switches of this cell-balancing circuit operate simultaneously with the same pulse width modulation signals. Therefore, this cell-balancing circuit requires less time to be balanced than a previous bidirectional-forward-converter-based cell balancer. This paper analyzes the operational principles and modes of this cell balancer with computer-based circuit simulation results as well as experimental results in which each unbalanced cell is equalized with this cell balancer. The maximum power transfer efficiency of the investigated cell balancer was 87.5% from the experimental results. In addition to the experimental and analytical results, this paper presents the performance of this symmetric active cell-balancing method.
리튬 폴리머 배터리는 높은 안전성, 빠른 충전 및 긴 라이프 사이클 등으로 인해 에너지 저장치(ESS: Energy Storage System), 전기자동차(EVs: Electric Vehicles)등에 채택이 되어 사용되고 있으며, 그리고 현재는 농업용 드론에서 까지 사용이 되고 있다. 그러나 리튬 폴리머 배터리는 과충 방전에는 리튬-이온 배터리 내의 격차구조가 파괴되어 배터리 수명이 줄어들게 되며, 과충 방전을 방지하기 위해 불균등한 셀 전압을 균등 제어 할 수 있는 셀 밸런싱 시스템이 필수적이다. 본 논문은 각 셀의 충 방전할때의 전압차이를 검출하여 불균형된 셀을 확인하여 비선형 시스템에 적합한 퍼지 제어기를 개발하여 적용한 셀별 밸런싱 알고리즘을 제안한다. 본 논문은 농업용 드론의 배터리팩의 셀 밸런싱을 퍼지제어를 하여 셀 간 균등 제어를 위해 설계하였으며, 최종 결과로 셀 간 밸런싱이 잘 되는지 확인하고 자 셀이 2개 있을 때와 6개 그리고 최종적으로 12개의 각 셀 밸런싱이 되는지를 확인하였다. 이는 다른 제품에도 사용할 수 있는지를 실험하고자 하였으며, 확인결과 사용된 셀의 개수와는 관계없이 셀별 밸런싱이 잘 되고 있음을 확인하였다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권10호
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pp.3394-3408
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2014
Conventional mobile state (MS) and base station (BS) association based on average signal strength often results in imbalance of cell load which may require more powerful processor at BSs and degrades the perceived transmission rate of MSs. To deal with this problem, a Markov decision process (MDP) for load balancing in a multi-cell system with multi-carriers is formulated. To solve the problem, exploiting Sarsa algorithm of on-line learning type [12], ${\alpha}$-controllable load balancing algorithm is proposed. It is designed to control tradeoff between the cell load deviation of BSs and the perceived transmission rates of MSs. We also propose an ${\varepsilon}$-differential soft greedy policy for on-line learning which is proven to be asymptotically convergent to the optimal greedy policy under some condition. Simulation results verify that the ${\alpha}$-controllable load balancing algorithm controls the behavior of the algorithm depending on the choice of ${\alpha}$. It is shown to be very efficient in balancing cell loads of BSs with low ${\alpha}$.
In this paper a cell-to-cell fast charge balancing circuit for the Lithium-Ion battery module is proposed. In the proposed topology the energy in a high voltage cell is transferred directly to a low voltage cell through the operation of the dc-dc converter. Furthermore, the charge balancing can be performed regardless of the battery operation whether it is being charged, discharged or relaxed. The monitoring circuit composed of a DSP and a battery monitoring IC is designed to monitor the cell voltage and detect the inferior cell thereby protecting the battery module from failure. In order to demonstrate the performance of the proposed topology, a prototype circuit was designed and applied to 12 Lithium-Ion battery module. It has been verified with the experiments that the charge equalization time of the proposed method was shorter compared with those of other methods.
This paper presents a cell balancing method for a single switch flyback converter with a multi-winding transformer. The conventional method using a flyback converter with a multi-winding transformer is simple and easy to control, but the voltage of each secondary winding coil might be non-uniform because of the unequal effective turn-ratio. In particular, it is difficult to control the non-uniform effect using turn-ratios because secondary coil has a limited number of turns. The non-uniform secondary voltages disturb the cell balancing procedure and induce an unbalance in cell voltages. Individual cell control by adding a switch for each cell can reduce the undesirable effect. However, the circuit becomes bulky, resulting in additional loss. The proposed method here uses the conventional flyback converter with an adjustment made to the output filters of the cells, instead of the additional switch. The magnitude of voltage applied to a particular cell can be reduced or increased according to the adjusted filter and the selected switching frequency. An analysis of the conventional converter configuration and the filter design method reveals the possibility of adequate cell balancing control without any additional switch on the secondary side.
Given the change in the energy market, large energy storage systems (ESS) is rapidly entering the market. In this rapid spread, fire accidents are becoming an issue. This study attempts to approach the fire from the system point of view to analyze the problems caused by bonding from different perspectives. Moreover, to conduct this study, the fabrication of real objects is dangerous, which needs to be verified through simulation. In this study, we approach the cause of fire that occurs in large-capacity ESS from the system perspective. We focus on determining the effects of cell balancing performed on the BMS after charging. Thus, we analyze the cell balancing behavior and the linkage risks to the various stacks. The study also explores why no fire occurs during 70% operation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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