Indonesi an  Journa of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   13 ,  No.   3 Ma rch   201 9 , p p.   1184 ~ 1190   IS S N: 25 02 - 4752, DO I : 1 0.1 1591/i j eecs .v1 3 .i 3 .pp 1184 - 1 190          1184       Journ al h om e page http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   System  prote ction for Lit hiu m - ion batteri es  m anagem ent  system: a  revi ew       L. R im on 1 ,  K ha ir ul S afu an   Muhamm ad 2 ,   S.  I.  Su l aima n 3 , A .   M.   Omar 4   1 ,2,3,4 Facul t y   of E le c tri c al E ngin eering  Univer si ti   T eknol ogi   MA RA 40450  Shah   Ala m ,   Sela ngor ,   Ma lay s ia   1,3,4 Gree En erg y   R ese ar ch  C entre  Univer si ti T e knologi   MA RA  40450  Shah  Ala m ,   Sela ngor ,   Ma lay s ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Sep  1 5 , 201 8   Re vised  Dec   10 , 2 018   Accepte d Dec   25, 201 8       Robustness  of  batter y   m an a gement  s y st em  (BMS is  c ruc ial  issue   espe cially   in  crit ic a appl i cation  such  as  m edi ca or  m il it ar y .   Fa ilure  of  BMS  will   lead  to  m o re  serious  safe t y   issues  such  a over hea t ing,   o ver cha rg ing ,   over   discha rging ,   ce l unbalanc or  eve fire   and  expl osion.  BMS   consists  of   ple nt y   sensit ive   el e ct roni components  and  conn ec t ed  direct l y   to   bat te r y   cell   te rm ina l .   Conse quent l y ,   BMS   e xposed  to  high  volt ag pote n tia ac ross   th BMS   te rm ina if   f aul t y   cell  o c cur in  a   pa ck  o L i - ion   ba tt er y .   Thus,   m a n y   prote c ti on  techni ques  have   bee proposed  since   l ast  thre de ca d e to  prote ct   the   BMS   from   f aul such  as  ope ce ll   vo lt ag fa ult ,   f aul t y   ce l l,   i nte rna shor t   ci rcu it   etc.   Th is  pape pre sents  a   rev ie of  BMS   foc uses  on  the   prote ct ion  te chn ique   propo sed  b y   pr evi ous  rese arc h er.   The   compari son  has  bee c arr i ed   out  base d   on  ci r c uit   topo log y   and faul t   detec ti on  technique.   Ke yw or ds:   BMS   Energy    Lit hiu m - Ion   Pr otect io n   Safety   Copyright   ©   201 9   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed.   Corres pond in Aut h or :   Lan gg a  Ri m on   Gr ee E ne rg Re search  Centr e,   Un i ver sit i Te knol og i M ARA   Sh a h Alam , M al ay sia .   Em a il : l ang garim on @ gm ail.co m       1.   INTROD U CTION     Lit hiu m - ion   ba tt ery  (LI B)   ha bee la unc hed   i nto   t he  m ark et   place  by  SON in  Ju ne   19 91 [1] To day,  Li - i on  batte ry  can   be   fou nd  in  m any  ap plica ti o ns   s uch  as  el ect ric   ve hicle   (E V),  sm art  gad gets,   so la r   photov oltai ind us t ries  et c.  LI is  rech arg e able  el ect rical   energy  stora ge  wh ic has  lot   of   ad va ntages  su c as  fast  char gi ng,  hi gh e ene r gy  den sit y,  longer  batte ry  li fe  and   able  to  fit  into  s m a ll   and   li ghte pa ckage .   Table  sho ws   the  com par is on  betwee L I and  ot her   ty pe  of   batte ries Des pite  ha vi ng  th os a dv a ntages ,   LIB  ha li m it a ti on   s uch  as  m e m or eff ect   [2] - [4] ,   subj ect   t a gi ng   [5]   a nd  c on ta in ve ry  s ensiti ve    chem ic al  [6] Ba tt ery  m anag e m ent  syst e m   (BMS)  has  be en  pro pose since  90' in  order   t ens ure  it reli abili ty   and  the  a bili ty   to  operate  unde sa fe  op e rati ng  lim it   [7] Ba sic al ly BMS  pr otect   the  LIB  by   m on it or ing   th par am et er  s uch   as   c urrent tem per at ur e,   vo lt age  an sta te of   cel including  sta te   of    energy  (SOE) [ 8] sta te   of   he al th  (S O H) [9] - [11] sta te   of   charge  (SOC)   [1 2],   [ 13]   and   rem ai nin use fu l   li fetim [5 ] ,   [ 14]   BM can  be  cl assifi ed  into  th ree  cat egories  nam ely  centrali zed,  distrib ute an m od ular   BM [15] I ce ntrali zed  BM S,  each  ba tt ery  cel is  con necte a nd   c on t ro ll ed  by  a   sing le   m ic ro - processi ng   unit   [16] Me anwhil e,  distrib uted  B MS  con sist of  on m ast er  con t ro ll er  an m any  sla ve  m od ules  [16] In   this   topolo gy,  on ly   sla ve  m odules  ha ve  a   di rec con ta ct   t a   sin gle  batte ry   ce ll   to  perfor m   ce l m on it or in g.  Com bin at ion   of  both  ce ntrali z ed  an distrib ut ed  BM is  cal le m od ular  B MS  [17] T his  topolo gy  co ns i sts  of   m ul ti ple  m od ul es co nnect ed  t o on e  anothe r.  Each m odule c onnects  directl y t m or e tha n on e  b at te ry cel l.            Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       System  p r otect ion f or Lit hium - ion   batt eri es mana gem e nt syst em: a  revie w ( L.  Ri mon)   1185   Table   1 .   C om par iso n betwee n LIB a nd  Other Ty pe  of  Ba tt er ie s   [18]   T y p e of  batter y   Energy  Den sity  (W h /Kg )   Ad v an tag es   Disad v an tag es   Li - Ion   110 - 1 6 0   Hig h  energy den sit y lo w   m a in ten an ce   Sen sitiv e che m istr y n eed p rotec tio n m e m o r y   ef f ect   Li - Po ly m e r   100 - 1 3 0   m o re  resistan t to o v ercharge,  m o re  saf e than  L i - Ion   Less en ergy   d en sity  co m p a re  to   Li - Ion   Lead Acid   30 - 50   Saf er  th an  L ith iu m n o   m e m o r y  ef f ect,  lo m ain ten an ce   Low en ergy  den sity,   en v iron m en tall y   u n f riend ly   NiCd   45 - 80   Saf er  th an  L ith iu m f ast an d  si m p le  ch arge   Low en ergy  den sity,   m e m o r y  ef f ect   NiMH   60 - 120   Hig h er  en ergy  den sity  th an  NiCd saf e,  less   m e m o r y   ef f ect   Li m ited  s ervice lif e,  li m ited  dis ch arg e r ate h ig h  self - d isch arge  r ate       Re gardless  the   cat ego ries  of   t he  BM S,  they   hav direct  con ta ct   to  the  ba tt ery  cel and   expose to   high  ris of  hi gh   volt age  pot entia acro ss  t he  BM if  on or   m or batt ery  cel ls  are  f ai le d.   c onve ntion al   BM do es  no t   hav the  ca pa bili ty   to  detect  batt ery  fau lt   wh ic le a ds   to  m or seriou s   issue  su c as  fire  or   exp l os io ns   [19 ] - [22] T his  pa per   desc ribes  t he  pr otect ion   t echn i qu e an cat egories  bas ed  on  fau lt   detect io m et ho ds. T here are  fou cat e gories  of b at te r y fault  detect ion  that  norm al ly u se i BM S.       2.   LIT HIUM - I O N CEL L FA U LT   Since  LIB  int r oduce by  S O NY   i 1991,  t her is  huge  nu m ber   of  rec al ls  has  bee m ade  for  LIB.   Re centl y,  in  20 17  Sam su ng   exp e rience sign i ficant  safet issues  as  the  LIB  inside  G al axy  No te   f aci ng  ov e r heati ng  pr ob le m This  in ci den is  a   disa ste f or  Sam su ng  as  th ey   we r f or ce to   rec al al Galaxy  No te   and eve ntu al ly   cancel le t he  e ntire li ne.    By   natur e LIB   is  hazar dous.  I con ta ins   fla m m able  li qu id  orga nic  el ect rol yt es  [23]   in  c onta ct   wit highly   ene rg et i m at erial   [4] In si de  L IB,  t he re  a re  a node  an cat hode  la ye r sepa rated   by   separ at or  an f il le by  flam m able  el ect ro ly te Th is  separ at or  is  ver thin  a nd  te nd   to  cau se   pr em at ur fail ur if  there  is  an   abno rm al   abu se  co nd it io [ 24] T he  a bu se   conditi on  can   be  cat eg ori zed   into  t hr ee  c at egories;   m echan ic al   abuse,  el ect r oc hem ic al   abu se  and  the rm al   abu se  [25] Am on these   three   cat egories,  el e ct ro c hem ic a abu s e   has  draw m uch   at te ntion   a m os of   LIB   incident  is  cause by  el ect ro m echan ic al   abu s su c as  ov e r - discha rg e ove r - c harge,  inte r nal  short  ci rcui t,  extern al   short  ci rc uit,  gas   gen e rati on   et c.   Table   s hows  the   su m m ary of  in ci den relat ed  t L IB.       Table   2 . Sum m ary o In ci den Re la te to L IB   [2 1 ] ,   [2 6 ]   Date/So u rce  o f  inc id en t   Ty p e of  app licatio n   Ab u se co n d itio n   Incid en t des criptio n   8  Feb 2 0 1 8 /Airline   No teb o o k   Mechan ical abu se   S m o k e e m ittin g  ou t f ro m  sh ip m en t pa ck ag e.   2 8  Ju l 20 1 8 /Media Rep o rt   S m art  Bag   Sh o rt  circuit   Arc  an d   s m o k b eg in   wh en   p ass en g er  try  to   re m o v e batte ry f rom   s m art  bag .   2 1  M ay  20 1 8 /New s   Sco o ter   Ov er - d isch arge   p ackag co n tain in g   lith iu m - io n   b attery   p o were d  sco o ter  c au g h t f ire  at the U PS f acility   9  M ay  20 1 8 /Airline   e - cig arette   Sh o rt  circuit   The  b ag   was  b u rned   as  well  as  th carpet  o f   t h aircr af t af ter  a  p ass en g er  car ry - o n  bag  caug h t f ire.   1 3  Feb 2 0 1 8 /Airlin e   Li - Ion  Powe b an k   cell intern al sh o rt  circuit   Po wer  b an k   g o o v erheatin g h o t   a n d   started   t o   s m o k e.  The  ite m   was  p laced  i n   th er m al   co n tain m en t bag .   3  Jan  20 1 8 /Airline   So lar  b an k  charger   Sh o rt  circuit   So lar  b an k   ch arg ers  with   li th iu m   io n   b atteries,   UN  3 4 8 0 in stalled  were   d isco v ered  o n   f ire  d u ring   th e load in g  pro ces s.       Nowa days,  m os of  L IB  a vaila ble  on  the  m ark et   is   integ rat ed  with  i nter na protect ion  ci r cuit  su c a curren i nter rupt  de vice  (CI D a nd  posit ive  tem per at ur e   co eff ic ie nt  (P TC ).   C ID  is  m et hod  to   m anage  cel ov e rc harge  by   disconnecti ng   the  ci rcu it   if  ov e r pr ess ure  even is  occurr ed  [1] I ns id the  CID,   the re   is  a   fu si ble  li nk   t ha connecti ng  the  cel l’s  te rm i nal  an the  el e ct rode  [ 27 ] T his  f us ible  li nk   act ed  as  f use   and  m el te if  there  is  ov e c urren flo thr ou gh   it   [28] Anothe internal  protect ion   is  P TC.  PT is  therm al   fu s e   wh ic us e to  pr e ve nt  the  the rm al  ru na ways PTC  will   sh ut down   th batte ries  if  the  bat te ry  tem per at ur is  ov e r heated  [4] ,   [ 29 ] .   Re gardless  the   ty pe  of   i nter na protect ion ,   the  ai m   of   BM is  to  sepa r at the  fa ulty   cel fr om   the  ci rcu it   and   kee the  cel in  op en  sta te .   Ta ble   shows  t he  com par ison   be t ween   LIB  faul t,  ty pes  of   ab use   an how  t he fault   will  b e m anag e d.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &   Co m Sci,   Vo l.   13 , N o.   3 Ma rc h 201 9   :   1 1 8 4     1 1 9 0   1186   Table   3 . C om par iso n betwee n LIB  Faults   Fau lt   Ab u se ty p e   Cau ses   Is the f au lt  m an ag e ab le ?   Internal sh o rt - ci rc u it   Electr o ch e m ical  a b u se   Manu f actu ring  defect   No   Extern al sh o rt - ci rc u it   Electr o ch e m ical  a b u se   Def ectiv e con n ectio n wiring  f au lt   Yes. B y  hig h  sp eed f u se   Ov ercharge   Electr o ch e m ical  a b u se   Failu re  o f  chargin g  un it,  f ailu re  o f  BMS   Yes. B y  BM S   Ov erheatin g  f ro m   ex ternal   Ther m a l abu se   Battery  place nea h eat so u rce   Yes. B y  op en  the   c ell intern al  p ressu re   Cru sh   Mechan ical abu se   Ph y sical ab u se o f  battery  pa ck   Yes b y  des ig n  encl o su re  with   m o re  v ib ration  tole rance   Ther m a l r u n  aw ay   Ther m a l abu se   Fau lty  cel l heatin g  su rr o u n d in g  cells   Yes. P TC and  CID       3.   FAU LT   PR O TE CTION F OR  B MS   LIB  pac is  use in  num ero us   high  volt ag app li cat io ns  su c as  E V,   un m ann e aeri al   veh ic le ,   photov oltai energy  sto ra ge   due  t it c har act erist ic   t hat  ha high  energy  den sit y   an high  li fe   cy cl e.    LIB b at te ry  pa ck wh ic c om po se of L IB ce ll s w hich  are c onn ect ed  eit her in ser ie s  or  pa rall el  o r b oth   de pend  on  re quirem ent  of  the  a ppli cat ion For  la rge  f or m at   of   L I ap plica ti on BM is  cr ucial   to  en sure  t he   safety   and   it   reli abili ty   including  protect ing   the  B MS  it sel fr om   any  po te ntial   of   high  volt age   fau lt S ince  t he   BM S   consi st  of   ple nt sensiti ve  electronic  com po ne nts,  protect ing   the  BM it sel is  qu it chall eng i ng.  Ba sed  on   the pre vious st ud ie s , th e re a re  sev e ral fa ult d et ect ion  tech ni qu e us ed  to de te ct  the b at te ry  cell  f ai lure .     3.1.   Fau lt   De tecti on   usin g CVM  Metho d   Ce ll   vo lt age  m easur em ent  (CVM)  is  m e tho us e to  dete ct   fau lt cel e sp eci al ly   in  batte ry  pack .   Figure   s how the  CVM  t opology.  I t his  top ology,  C VM   m od ules  are  use to   m easur the  cel volt ag V cell   on   each  batte ry  cell . I f V cell   is  higher  t han 4.9 the n op e n wi re f a ult sig nal is trig ger e d   [ 7] .  Mea nwhile , if V cell   dro bel ow  0. 1V  the  cel int ern al   s hort  ci r cuit  fa ult  is  trigg e re d.   T his  m et ho is  wide ly   us ed  t de te ct   the  op e wire  fa ul t   [7] H oweve r acco rd i ng   t [30] the  m ajor  chall en ge  of   CVM  m e tho is  high er  nu m ber   of  sens or are  ne eded   to  m easur ever cel vo lt age  as  LIB  batte ry  pack   c om po sed  of   huge  nu m ber   of   cel ls  connecte d i n s eries.            Figure   1 .  Cel vo lt age  m easurem ent topolo gy       3.2.   Fau lt   De tecti on  usin Comp arat or   Com par at or   ci rcu it   is  dev ic us ed  to  com par bet wee two  vo lt age  sig nals  and   deter m ines  wh ic sign al   is  gr eat er.  I BM protect ion   ci rc uitry,  com par at or  is  no rm al l us ed  to  determ ine  the  unde volt age   and   ov e volt age  co nd it io fo each  cel in  batte ry   pack   [ 31 ] Ba sed  on  Su m ukha  U dupa   [31]   th com par at or  is  us e to   com par bet w een  the   in pu t   volt age  (V i n)  a nd  the  t hresh old   volt age   (V t h).    The  c om par at or   input  volt age   is  app li ed  to  t he  in ver ti ng  in pu t,  s the  outpu will   hav an  in ver te po la rity .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       System  p r otect ion f or Lit hium - ion   batt eri es mana gem e nt syst em: a  revie w ( L.  Ri mon)   1187   If  Vi is  great er  tha Vt h,   t he   ou tp ut  will   be  dr ive  to  lo gic  low  and   vice  ver sa.  T his  m et hod  can  be  use t determ ine  the  ov e r - volt age  and   unde r - vo lt a ge  fa ult.  Fo L i - ion   batte ry,  uppe thre shold  vo lt age  is  4.2 5V  an lowe thres hold  is  2.5V   [32 ] .   Figu r e   2   s hows  t he  prote ct ion   ci rcu it   usi ng   c om par at or.  Vth   is  volt age   m easur e acr os s  zener  d i od e Z an V R4  is a vo lt age m easure  acro ss resi sto R4.  T he  oper at ion  of over - volt ag e   and un der - volt age is s umm ari zed i n Ta b l e 4.               Figure   2 .  Prote ct ion  circ uitry  us in c om par at or       Table   4 . Sum m ary o C om par at or   Prote ct ion C ircuit ry  Op e r at ion   Inp u t Voltag e   Co m p a rator C1  St atu s (S1)   Co m p a rator C1  St atu s (S2)   Co n d itio n   Vcell >  4.2 5 V   Hig h   Low   Ov er - v o ltag e   Vcell =  3.0 V   Low   Low   No r m al   Vcell =  2.8 V   Low   Low   No r m al   Vcell <  2.5 V   Low   Hig h   Un d er - Vo ltag e       The  a dv a nta ge   of  this  to polo gy  is  no  m ic ro co ntro ll e is  re quired   to  m easur the  volt age.     Th us   m easur e m ent  sp ee is  no  m or the  is su e.  H ow e ve r,  noise   on  t he  i nput  si gn al   m ay   cause  t he  in pu t transit  above  a nd   belo the  thres hold  volt age  causin an  err at i ou t pu [ 33 ] F ur t her m or e,  the  com plexity   of   ci rcu it ry is  on e  of the  m ai issue as  larg e  form at  o L IB bat te ry p ac re qui res huge  num ber   of  c om par at or.     3.3.   Prot ec tio n u si ng   Z ener  Diode Me thod   Com bin at ion   of  zene diode  a nd   fu se  is  the  si m ple  pr otect ion   m et ho int r oduce by   [34] Figure   3   sh ows  the  c onfi gurati on   of  zener  diode  and   fu s us e as  fau lt   protect ion   dev ic e.  In   t his  topolo gy ,     zener   di od e Z act in a volt age  li m i te r.   In  norm al   co nd it ion is   not  c onduct ed   a nd  no   sig nificant  c ur ren is   flo wing  thr ough  the  BM S.  Thu s al fu ses  r e m ai in  cl os ed  sta te Wh e an  over - volt ag or   re ver se - volt ag e   conditi on   occ urs,  the  ze ner   di od es  will   beg i to  co nduct,  r esulti ng   the  c urre nt  to  flo thr ough   the  f use   and  conseq ue ntly   blow  the  f us to  protect   the  vo lt age  m easur em ent  el ec tro nics  from   da m age.  T her are   m any  sit uations  t hat  m ay  lead to ove r - vo lt age  a nd  rev e rse - volt ag e o cc urren c e,  wh e re som e is un e xpect ed.       A B Z 1 F U S E In s i d e   B M S     Figure   3 .  Com bin at io n of zen er  dio de  a nd fu se pro te ct io t opology   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &   Co m Sci,   Vo l.   13 , N o.   3 Ma rc h 201 9   :   1 1 8 4     1 1 9 0   1188   This  te chn i que  of fe rs  lo cost  protect io ci rcu it ry  an le ss  com po nen in vo l vem ent.  H ow e ve r ,     fu se  need   to  r eplace   ever ti m i ts  blo wn.  Th us   it   is  no econom ic al  in  t erm   of   m ai nte nan ce Be sides   that,     if  hi gh  volt age   ap plied  to   the   zene diode  Z 1,   it   will   br ea the  Z befo re   the  fu se   bl own.   Me a ning  t ha this  topolo gy is  no t  eff ic ie nt  whe n ap plied to   high  vo lt age  appli cat ion .     3.4.   Fau lt   De tecti on  usin Dra in - Source   V oltage  Monit oring Me thod   In  BM unit MOSFET   wi de ly   us ed   as  switc hing  c ompone nt  to  distr ibu te a e xce ssive  c harg e   from   on cel t a no t her  cel l.  Howe ver,  Gu a ng y uan  Liu   [ 35]   has   propose a   ne te c hn i qu e   usi ng  M O SFET   to  detect   a   fai lure  of  batte ry  cel by  m easur i ng  it dra in - s ource  volt age.  I this   te chn i qu e M OS F ET  is   connecte in  s eries  betwee each  cel in  batte ry  pack I order   to  deter m ine  wh et he the  batte ry  is  fau lt or   no t,   the  sta tus   of  the   cel sta te   is  detect ed   by  se ns in t he   volt age  dro acr os t he  M OS FE T.  Whe the   MOSFET   is  tu rn e on,  t he  c urre nt  will   fl ow  thr ough  t he   M OS FE T.  Th us ,   volt age  dro a cro s s   the   MOS FE T   can  be deri ved  by  i n   ( 1) .      =        (1)     Since  the  valu of   R don  is  usual ly   ver lo w the  volt age  dro acr os M OS FE T,     is  ve ry  sm a ll .   Ther e f or e,  d i fferentia l o am is  us e to  am plify t he o n - sta te  v oltag e acr oss M OSFET.     Wh e i 1 =i L   an i 2 =0,   it   te ll that  there  is  open  cel batte r fau lt   is  occ urre in  cel C2   as  show i n   Figure   [35] Durin this  co nd it io n,   MO SF ET  S2   is  tu rn e off  to  is olate   the  fau lt batte ry  from   the  rest  of   batte ry  pack.   F igure   4   al so   s hows  s hort  ci r cuit  of   bat te ry  cel l.  In   sho rt  ci rcu it   fa ult  detect ion   al gorith m if  i 2   is  gr eat er  t han  thres ho l va lue,  I SCth m ea ns   that  cel C2   is  sh ort   ci rcu i t.  Since  cu rren i 2 flow   in  op po sit e   directi on,  t he  body  diode  of   MOSFET   is  blo cke d.  Co ns e quently batte ry  cel C2  wi ll   be   sepa rated  fro m   the   rest of  batte ry  pack.       C 2 C 1 C 14 C 13 S 2 S 1 S 14 S 13 i 1 i 2 i 14 i 13 i L     Figure   4 .  Bat te ry cel l sh or t ci r cuit       Fo la rg siz of   batte ry  pack,  pl enty   nu m ber  of   MO SFE require on  each  cel l.     Be side,  batte ry total   cu rr e nt is  lim i te to m axi m u m  cu rr e nt s ubj ect ed  to  the  MOSFET  c urr ent r at in g.       4.   FUTU RE  DE VELOP MEN T   Robustne ss o f B MS play s an  i m po rtant role  to  ensure its con ti nuous oper a ti on  esp eci al ly  w he it  u se  in  m edical   or   m ilit ary  app li cat ion A dvance co ntro of  ba tt ery  cel ls   and   fau lt   toleran ce   of   batte ry  pac are   crit ic al   in  fu tu r batte ry  app li cat ion s,  es peci al ly   in  fr eq uent ly   recyc li ng   app li cat io ns F urt her   st ud ie ne ed  to  be  co nducted  t i m pr ove  the   sp eed  of  prot ect ion   ci rcu it r ta ken   place  wh e fa ult  even o ccu rs.   Re al   time   vo lt age   se ns in is  m ay   need  to  be   co ns i de red   re placi ng  the  ze ner   diod e.  Hi gh   sp ee MOSFE or   IG BT   switc hing ca pa bili ty  can  be  explo red to  rep l a ce the  functi on  of the  fuse.         5.   CONCL US S I ON   This  rev ie c ov e rs  a   dif fe re nce  ty pe  of  ce ll   fau lt   d et ect ion  te ch nique  and  it co ntr ol  al gorithm   Most  of   pr e vi ou stu dies  m or fo c us e on   protect ing   th e   batte ry  cel instea of  protec ti ng   the  BM it sel f.   Pr otect io t he   BM f r om   fau lt   sti ll rel evan t   fiel f or  f uture  st ud y,   wh ic i nclu de   on  le ss - c om plex  of  vo lt age   se ns in g,   high  sp ee proces sin a nd  com pact  de sign.  T her e f ore,  t hese  fau lt   detect io te c hn i qu e   discusse d ab ov e sho uld   be  c onside red f or fu ture de velo pme nt of  high  reli abili ty  an m ore r obus t B MS.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       System  p r otect ion f or Lit hium - ion   batt eri es mana gem e nt syst em: a  revie w ( L.  Ri mon)   1189   ACKN OWLE DGE MENT   The  auth ors  al so   would  li ke   to  ackn owl edg the  G re en  Ene rg Re search  Ce nt re   and   D rive   Tech no l og La borato ry,  UiT M Sha h Alam , S el ango r,  Mal a ysi a       REFERE NCE   [1]   A.  Augea rd,   e t   al. ,   Contri but ion  to  the   Stu d y   of  Elec tri c   Arcs  in  Li thium - Ion  Bat te ri e s,”   IEEE  Tr ans.  COMPONENTS,  Packag. Manuf .   Technol. ,   vol / issue:   6 ( 7 ) ,   pp .   10 66 1076,   2016 .   [2]   M.  A.  Hanna and  S.  Mem ber ,   Stat e - of - the - A rt  and  En erg y   Mana gement  S ystem  of  Li thi um - Ion  Bat t eri es  i El e ct ri Veh ic l e Applic a ti ons : I s sues a nd  Re comm enda ti ons,”   IE EE   Ac c es s ,   vo l.  6,   pp .   19362 19 378,   2018 .   [3]   B.   Pat ti pa ti ,   e al. ,   Open  circu it   vol ta g ch aract er iz a ti on  o l ithium - ion  batter i es, ”  J.  Pow er  S ource s ,   vol .   269 ,     pp.   317 333 ,   20 14.   [4]   P.  G.  Bal akr ish nan,   et   al . ,   Safe t y   m e cha nism in  li thi um - ion  bat te ri es, ”  J .   P ower  Sou rce s ,   vol /i ss ue:   155 ( 2 )   pp.   401 414 ,   20 06.   [5]   H.  Dong,  e al . ,   Li thi um - ion  b at t er y   state  of  h ea l th  m onit oring   and  remai n ing  useful  li f pre d i ct ion  b ase on   support  vector  r e gre ss ion - par ticle fi l te r , ”  J. P ow er  Source s ,   vol. 27 1,   pp .   114 123 ,   2014.   [6]   B.   Ba la si ngam  a nd  K.  Pa tt ip at i ,   El ements  of   a   R obust  S y stem, ”  I EE E   Elec trif .   M ag. ,   vol. 6 ,   pp.   3 4 37,   2018 .   [7]   Z.   Gao,   e al. ,   Design  and  Im ple m ent ation  of  Sm art   Li thi um - Ion  Bat te r y   S y s tem   with  Rea l - Tim Fault   Diagnosis  Capa bilit y   for El ec tr ic   V ehi c le s,   Ene rgi es ,   vo l /i s sue:   10 ( 10 ) p p .   1503,   2017 .   [8]   Y.  W ang,   et   a l. ,   An  ada pti v r e m ai ning  en erg y   pre diction  appr o ac for   lithium - i on  bat t eries  in  elec tr ic   v ehicle s, ”  J.   Powe r Sourc e s ,   vol. 305, pp. 8 0 88,   2016 .   [9]   M.  S.  H.  Li pu ,   et   al . ,   rev i e of  stat of  h e al th  and  rem ai n i ng  useful  li f es ti m at ion  m et hod for  li thi um - ion  bat t er y   in   e le c tric  veh ic l es:  Ch al l enge s a nd   re comm enda ti ons,”   J .   Cle an.   Prod. ,   vo l.   205 ,   pp .   115 1 33,   2018 .   [10]   C.   Zou,   e al. ,   Multi - ti m e - sc al e   observe design   for  stat e - of - ch a rge   and  state - of - hea l th  of  li th i um - ion  bat te r y ,   ”  J .   Powe r Sour ce s ,   vo l. 335, pp. 121 130,   2016.   [11]   D.  Andre,   et   a l. ,   Advanc ed  m at h emati c al   m et hod s of  SO and  SO H e stim at ion  f or  li th ium - ion  ba tt eries,”  J .   Pow e r   Source s ,   vol .   22 4,   pp .   20 27 ,   20 13.   [12]   Y.  W ang,   et   al. ,   m et hod  for  joi nt   esti m at ion  o stat e - of - ch arg e   and  ava ilable   en erg y   of  L iFePO4batterie s, ”  Appl.   Ene rgy ,   vol .   135 ,   pp .   81 87 ,   201 4.   [13]   K.  W .   E .   Cheng ,   et   a l. ,   Bat t er y - m ana gement  s y s te m   (BMS and  SO deve lopment  for  e lectr i cal  vehi c le s,”   IE EE  Tr ans.  Ve h.   Tec hnol. ,   vol / issue:   60 ( 1 ) ,   pp .   76 88 ,   2011 .   [14]   J.  W u,   et   al. ,   An  onli ne  m et hod  for  li thi um - ion  b at t er y   r emaini ng   useful  li fe  esti m at ion  using  importance  sam pli ng  and  neur al ne tw orks,”   App l. E n e rgy ,   vol .   173 ,   pp .   134 140 ,   2016 .   [15]   T.   A .   Stuar t and W .   Zhu, “M odula rized  b at t er y   m ana gement   for la rge   l it hium ion   c el ls, ”  J. P ower  S ource s ,   2011 .   [16]   A.  Kili c ,   e al. ,   Design  of  Master   and  Slave   Mod ule on  Bat te r y   Mana gement  S y stem  for  El ec tric   Vehic le Design  of  Master   and  S la ve  Modul es  on  Ba tter y   Mana g e m ent   S y stem  for   El e ct ri Vehi cles,”   6th   Int.  Con f.   Ad v.   Te chnol.  Sci . ,   vo l/ issue:   1 (1) ,   pp .   161 - 166 2017.   [17]   S.  Nara y ana sw a m y ,   et   a l. ,   Mo dula Acti v Ch arg Balanc ing  for  Scal able  Batter y   Packs,”  IE EE   Tr ans.  Ve ry   Lar ge  Scal e   Int e gr.  Syst . ,   vol /i ss ue:   25 ( 3 ) ,   pp .   97 4 987,   2017 .   [18]   Bat ter y U@ c adex.c om . ,   T y p es  of  Li thi um - i on, ”  2018 .   [Online ] .   Avail ab l e:  htt ps:// b at t er y un ive rsit y . com/ind ex. php/ le arn /a r ticle/t y pes_of_l it h ium_ion.   [19]   X.  Li   and  Z.   W ang,   novel   fau lt   di agnosis  me thod  for  li th iu m - Ion  bat te r y   p ac ks  of  el e ct ri vehi c le s,”   M eas.   J.   Int.   M eas.   Con fed. ,   vol. 116, pp.  402 411,   2018 .   [20]   H.  W ang ,   et   al. ,   Progres sive  me cha n ic a inde n t at ion  of  la rg e - fo rm at   Li - ion  cell s,”   J.   Pow er  Source s ,   vol.   341,     pp.   156 164 ,   20 17.   [21]   S.  Abada ,   et   al . ,   Safe t y   fo cus ed  m odel ing  of   li thi um - ion  b atter i es:  rev i e w,”   J .   Powe S ource s ,   vol .   30 6,     pp.   178 192 ,   20 16.   [22]   J.  Sun ,   et   al. ,   Toxi cit y ,   serio us  conc ern   of  the rm al   runa wa from   co m m erc ia Li - ion  b a tter y, ”  Nano  Ene rgy   vol.   27 ,   pp .   313 319,   2016 .   [23]   R.   Murugan,   et  al. ,   Eff ect  of  li thi um   ion  content  on  the   li th i um   ion  conduc ti vity   of  the   gar net - li k struct ur Li 5+xBaLa 2 Ta 2 O 11. 5+0 . 5x  (x   0 - 2) , ”  Appl. P hys.   A   Mat er.   S c i.   Proce ss . ,   vol /is sue:   91 ( 4 ) ,   pp.   615 620,   2008 .   [24]   X.  Zha ng,   e al. ,   Li - ion  Batter y   Separ at ors,  M ec han ic a Inte gr i t y   and  Fail ure   Mec hani sm Le adi ng  to  Soft  an Hard  Internal   Shorts,”   S ci. Re p . ,   vol.   6 ,   pp .   1 9 ,   2 016.   [25]   J.  W en,   e al . ,   Revi ew  on  Li thi um - Ion  Ba t te ri es  Safe t y   Iss ues:  Exi st ing  Problems   and  Pos sible   Soluti ons ,   Mate r. Expre ss ,   vol /i ss ue:   2 ( 3 ) ,   p p.   197 212 ,   201 2.   [26]   A.  Cargo,   et   al . ,   Li thi um   Bat te r ie Li thi um   Bat t er y - Pow ere Devic es   Aviatio Cargo  and  Pass enge Bagga g e   E vent Invol vin Sm oke ,   Fire,  Ext reme  Hea or  Expl osion  In volvi ng  Lithium   Bat teries  or  U nknown  Bat te r T y p es,   F ed. A v i at.   Adm. ,   pp.   1 32,   2016 .   [27]   T.   Inou e,  e al . ,   Deve lopment  o Ver y   La rge   L ithium - Ion  Bat t eries for,”  pp .   1 10 .   [28]   J.  Jee var aj an ,   Safe t y   Li m ita ti on As socia te wit Com m erc ia 1 8650  Li th ium - ion  Cel ls, ”  Proc .   6th  Lithi um  Mob .   Powe r B a tt er.   S af.   Con f., Boston,   MA ,   USA ,   vol.  6,   p p .   40 ,   2010 .   [29]   G.  Yee ,   Sy st e m   int egr at ion  of   li thi um - ion  bat t er y   in  t el e communic a ti on  bac k - u power  pla nt, ”  Proc.   IEEE  27th   Int.   Te lecomm un.   Conf .   ( INTEL EC) ,   Be rlin ,   Ger. ,   pp.   205 210 ,   20 03.   [30]   S.  M.  Sundara m ,   et   al . ,   Mana g ement  of  La rg Form at   Li ion  Bat t eri es, ”  2015  I EE Int .   Tr ansp.  El e ct ri f.   Conf . 2015.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &   Co m Sci,   Vo l.   13 , N o.   3 Ma rc h 201 9   :   1 1 8 4     1 1 9 0   1190   [31]   S.  V .   Udupa  and  E.   Engi n ee rin g,   Protec ti on  C irc uitr y   and  Pass ive   Bal an c ing  f or  Bat te r y   Man a gement  S y stems   Part  I,”  2017   Int .   Conf. Comput.  Powe r, Energy ,   Inf.   Comm un.   Pr ot. ,   no.   1,   pp.   53 0 535,   2017 .   [32]   D.  W ang,   e a l. ,   Online   l it hi um - ion  bat te r y   int ern al   r esista n ce   m ea surem ent  appl i ca t ion  in   stat e - of - cha rg e   esti m at ion   using   the e x te nded   ka l m an  fil t er,”  Ene r gie s ,   vo l /i ss ue:   10 ( 9 ) ,   2017 .   [33]   A.  Ka y   and  T.  Clay comb,  TI   Designs    Prec ision :   Veri f ie d   Design  Com par at or  with  H y s t ere sis  Refe r ence  Design, ”  pp .   1 2 3,   2014 .   [34]   T.   O .   Bm s a nd  O.  Bm s,  W hy   Orion  BMS   Internal   Fus es  Blow .   [35]   G.  Li u ,   e al . ,   Fault   tol er able  Li - ion  batter y   st ac k , ”  Conf .   Pro c.   -   I EE Appl.  Power   El ectron.  Conf .   Ex po.   -   A PE C vol.   2015 ,   pp .   33 22 3329,   2015 .       B IOGRAP HI ES OF  A UTH ORS          La ngga  Rim on  r ec e ive th B. E ng. (Hons . degr ee   in  e lectr i cal  e ngine er ing  from   the   Univer sit Te knologi  MA RA,  Shah  Alam,  Malay s ia,  in   20 09.   He  is  cur ren tly   working  towar the  M.Sc.  degr ee   in  powe el ectroni cs  in  fac ul t y   of  elec tr ic a engi ne eri ng ,   UiTM.   He  is  al so  cur ren t l y   working  with  th Facult y   of   Ele ct ri ca l   Engi n ee r i ng,   Univer si ti   T eknol ogi  MA R A.  His  cur ren t   rese arc in te r est inc lude   power   el ectroni cs  circ uit for  eff ic i ent  power  conve rsion,   ren ewa b le   ene rg y ,   and   e le c t r ic   v ehi c le.       Khair ul  Safua n   Bin  Muham m ad  was  born  in  Kuala   Lumpur,  Ma lay s ia,  in  1977 .   He  recei ved  the   B. Eng. (Hons . )   d egr ee  in   elec tri c al   engi ne eri ng   a nd  the  M.Sc.  de gre in  power   e l ec tron ic from   the   Univ ersit i   Te knologi  MA RA,  Shah  Ala m ,   Malay sia ,   i 20 03  and   20 07,   respe ctively.    He  complet ed  hi Ph.D.  degr ee   in  power  el ec tro nic in  the   School  of  El ectrical   a nd  Inform at ion   Engi ne eri ng,   Th Univer sit y   of  S y dne y ,   S y dne y ,   Aus tra li a .   He  is   al so  cur ren tly   w it the   Fa cul t y   of  El ectrical   En gine er ing,   Univ ersit i   T eknol ogi   MA RA.  His  cu rre nt  rese a rch   in te rests  include   power  el e ct ron ics   ci rcu i ts  for  eff ic i ent   power  co nver sion,  r ene w abl ene rg y ,   an fau lt - tol er ant   conve rt ers.       Shahril   Irwan   Sulai m an   ho lds a   P hD i Elec tri c al  Engi ne eri ng.   He has be en   workin as  a   lectur er  in  Univer siti   Teknologi  MA RA,  Malay s ia   for  m ore   tha 10  y e ar s.  He  has  bee ver y   active   no onl y   as  le c turer  but  al so  as  a   re sea rch er  and  co nsulta nt .   He  has  y e ars  of  rese a rch   expe ri enc e   in  the   f ie ld  of  p hotovol taic  s y ste m s.  He  had  le rese ar ch  project and  be come  m ember  of  rese arc pro je c t s.  He  had  al so  publi shed  hi rese arc find ings  in  num ero us  conf ere nc e   proc ee d ings  and  inde xed  journal s.  Apart   from   t hat ,   he  has  al so   bee i nvolve in  consult an c y   proje c ts  for  al m ost  d ecade.  H is  wide  expe r ience   and  ac hi evem ent   as  cons ult ant  is  m ore   prom ine nt  as  he  has  bee ac t ive l y   invol v ed  in  var ious  aspe ct of  photovol ta i s y stems   implementa t ion  such  as  competenc y - b ase tr ai n i ng,   techni ca ad visor,   expert  wit ness,  standa rds  deve lopment ,   de sign  and  m ana ge m ent .   He  is  m ember  of  working  group  deve lop ing  Malay sian  Standa rds  rel a ted  to  photovol tai s y stems .   In  a ddit ion,   h is  als reg ula inv it ed  spea k er  in  m an y   works hops  rel ated  to  st a nda rds  and  ope rat ion  on  pho to volt aic  s y s te m s.  Due  to  his   outsta nding  ac hi eve m ent   and  sig nifi c ant   exp erien ce ,   strong l y   be li ev that  he  h as  the   ne ce ss a r y   cre dib il i t y   and   e xper ie n ce t b e prom ote to  Sen ior  Mem ber   of   I EE E .         Ahm ad  Mali ki  Om ar  rec e ive his  Ph . in  po wer  elec troni c   from   the   Univ e rsiti   Ma lay a ,   Malay s ia.  He  is  al so  cur ren tly   se rve as  associa t e   profe ss or  in  Facul t y   of  Elec tr ical   Engi neering,  Univer siti   Te kn ologi   MA RA.  He  has  au thore d /coauthor ed  m an y   book  and  pap ers  in  th ar ea of   ren ewa bl en erg y   and  power  e lectr oni c.   His  cur r ent   rese arc int e rests  inc lud ren ewa ble   ene r g y ,   photovol taic   and   power elect roni c .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.