Indonesi an  Journa l  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 n  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  a  batter y   m an a gement  s y st em  (BMS )  is  a  c ruc ial  issue   espe cially   in  crit ic a l  appl i cation  such  as  m edi ca l  or  m il it ar y .   Fa ilure  of  BMS  will   lead  to  m o re  serious  safe t y   issues  such  a s  over hea t ing,   o ver cha rg ing ,   over   discha rging ,   ce l l  unbalanc e  or  eve n  fire   and  expl osion.  BMS   consists  of   ple nt y   sensit ive   el e ct roni c  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 e  pote n tia l  ac ross   th e  BMS   te rm ina l  if   a  f aul t y   cell  o c cur s  in  a   pa ck  o f  L i - ion   ba tt er y .   Thus,   m a n y   prote c ti on  techni ques  have   bee n  proposed  since   l ast  thre e  de ca d e s  to  prote ct   the   BMS   from   f aul t  such  as  ope n  ce ll   vo lt ag e  fa ult ,   f aul t y   ce l l,   i nte rna l  shor t   ci rcu it   etc.   Th is  pape r  pre sents  a   rev ie w  of  a  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 n  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 e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed.   Corres pond in g  Aut h or :   Lan gg a  Ri m on ,    Gr ee n  E ne rg y  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 s  bee n  la unc hed   i nto   t he  m ark et   place  by  SON Y  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 c  ind us t ries  et c.  LI B  is  a  rech arg e able  el ect rical   energy  stora ge  wh ic h  has  a  lot   of   ad va ntages  su c h  as  fast  char gi ng,  hi gh e r  ene r gy  den sit y,  longer  batte ry  li fe  and   able  to  fit  into  a  s m a ll   and   li ghte r  pa ckage .   Table  1  sho ws   the  com par is on  betwee n  L I B  and  ot her   ty pe  of   batte ries .  Des pite  ha vi ng  th os e  a dv a ntages ,   LIB  ha s  a  li m it a ti on   s uch  as  m e m or y  eff ect   [2] - [4] ,   subj ect   t o  a gi ng   [5]   a nd  c on ta in s  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 d  since  90' s  in  order   t o  ens ure  it s  reli abili ty   and  the  a bili ty   to  operate  unde r  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 e  par am et er  s uch   as   c urrent ,  tem per at ur e,   vo lt age  an d  sta te s  of   cel l  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 g  use fu l   li fetim e  [5 ] ,   [ 14] .    BM S  can  be  cl assifi ed  into  th ree  cat egories  nam ely  centrali zed,  distrib ute d  an d  m od ular   BM S  [15] .  I n  ce ntrali zed  BM S,  each  ba tt ery  cel l  is  con necte d  a nd   c on t ro ll ed  by  a   sing le   m ic ro - processi ng   unit   [16] .  Me anwhil e,  a  distrib uted  B MS  con sist s  of  on e  m ast er  con t ro ll er  an d  m any  sla ve  m od ules  [16] .  In   this   topolo gy,  on ly   sla ve  m odules  ha ve  a   di rec t  con ta ct   t o  a   sin gle  batte ry   ce ll   to  perfor m   ce l l  m on it or in g.  Com bin at ion   of  both  ce ntrali z ed  an d  distrib ut ed  BM S  is  cal le d  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 o  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 n  J  E le c Eng &  Co m p  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 w  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 e  a  direct  con ta ct   to  the  ba tt ery  cel l  and   expose d  to   high  ris k  of  hi gh   volt age  pot entia l  acro ss  t he  BM S  if  on e  or   m or e  batt ery  cel ls  are  f ai le d.   A  c onve ntion al   BM S  do es  no t   hav e  the  ca pa bili ty   to  detect  a  batt ery  fau lt   wh ic h  le a ds   to  m or e  seriou s   issue  su c h  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 s  an d  cat egories  bas ed  on  fau lt   detect io n  m et ho ds. T here are  fou r  cat e gories  of b at te r y fault  detect ion  that  norm al ly u se d  i n  BM S.       2.   LIT HIUM - I O N CEL L FA U LT   Since  LIB  int r oduce d  by  S O NY   i n  1991,  t her e  is  a  huge  nu m ber   of  rec al ls  has  bee n  m ade  for  LIB.   Re centl y,  in  20 17  Sam su ng   exp e rience d  sign i ficant  safet y  issues  as  the  LIB  inside  G al axy  No te   7  f aci ng  ov e r heati ng  pr ob le m .  This  in ci den t  is  a   disa ste r  f or  Sam su ng  as  th ey   we r e  f or ce d  to   rec al l  al l  Galaxy  No te   7  and eve ntu al ly   cancel le d  t he  e ntire li ne.    By   natur e ,  LIB   is  hazar dous.  I t  con ta ins   a  fla m m able  li qu id  orga nic  el ect rol yt es  [23]   in  c onta ct   wit h  highly   ene rg et i c  m at erial   [4] .  In si de  L IB,  t he re  a re  a node  an d  cat hode  la ye r s  sepa rated   by   separ at or  an d  f il le d  by  flam m able  el ect ro ly te .  Th is  separ at or  is  ver y  thin  a nd  te nd   to  cau se   a  pr em at ur e  fail ur e  if  there  is  an   abno rm al   abu se  co nd it io n  [ 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 g  these   three   cat egories,  el e ct ro c hem ic a l  abu s e   has  draw n  m uch   at te ntion   a s  m os t  of   LIB   incident  is  cause d  by  el ect ro m echan ic al   abu s e  su c h  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   2  s hows  the   su m m ary of  in ci den t  relat ed  t o  L IB.       Table   2 . Sum m ary o f  In ci den t  Re la te d  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 e  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   A  p ackag e  co n tain in g   a  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 e  carpet  o f   t h e  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 r  b an k   cell intern al sh o rt  circuit   Po wer  b an k   g o t  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   a  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 t  of  L IB  a vaila ble  on  the  m ark et   is   integ rat ed  with  i nter na l  protect ion  ci r cuit  su c h  a s  curren t  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  a  m et hod  to   m anage  cel l  ov e rc harge  by   disconnecti ng   the  ci rcu it   if  ov e r pr ess ure  even t  is  occurr ed  [1] .  I ns id e  the  CID,   the re   is  a   fu si ble  li nk   t ha t  connecti ng  the  cel l’s  te rm i nal  an d  the  el e ct rode  [ 27 ] .  T his  f us ible  li nk   act ed  as  a  f use   and  m el te d  if  there  is  ov e r  c urren t  flo w  thr ou gh   it   [28] .  Anothe r  internal  protect ion   is  P TC.  PT C  is  a  therm al   fu s e   wh ic h  us e d  to  pr e ve nt  the  the rm al  ru na ways .  PTC  will   sh ut down   th e  batte ries  if  the  bat te ry  tem per at ur e  is  ov e r heated  [4] ,   [ 29 ] .   Re gardless  the   ty pe  of   i nter na l  protect ion ,   the  ai m   of   a  BM S  is  to  sepa r at e  the  fa ulty   cel l  fr om   the  ci rcu it   and   kee p  the  cel l  in  op en  sta te .   Ta ble   3  shows  t he  com par ison   be t ween   LIB  faul t,  ty pes  of   ab use   an d  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 n  J  E le c Eng &   Co m p  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 r  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 k  is  use d  in  num ero us   high  volt ag e  app li cat io ns  su c h  as  E V,   un m ann e d  aeri al   veh ic le ,   photov oltai c  energy  sto ra ge   due  t o  it s  c har act erist ic   t hat  ha s  high  energy  den sit y   an d  high  li fe   cy cl e.    LIB b at te ry  pa ck wh ic h  c om po se d  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 B  ap plica ti on ,  BM S  is  cr ucial   to  en sure  t he   safety   and   it   reli abili ty   including  protect ing   the  B MS  it sel f  fr om   any  po te ntial   of   high  volt age   fau lt .  S ince  t he   BM S   consi st  of   ple nt y  sensiti ve  electronic  com po ne nts,  protect ing   the  BM S  it sel f  is  qu it e  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 s  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  a  m e tho d  us e d  to  dete ct   fau lt y  cel l  e sp eci al ly   in  a  batte ry  pack .   Figure   1  s how s  the  CVM  t opology.  I n  t his  top ology,  C VM   m od ules  are  use d  to   m easur e  the  cel l  volt ag e  V cell   on   each  batte ry  cell . I f V cell   is  higher  t han 4.9 V  the n op e n wi re f a ult sig nal is trig ger e d   [ 7] .  Mea nwhile , if V cell   dro p  bel ow  0. 1V  the  cel l  int ern al   s hort  ci r cuit  fa ult  is  trigg e re d.   T his  m et ho d  is  wide ly   us ed  t o  de te ct   the  op e n  wire  fa ul t   [7] .  H oweve r ,  acco rd i ng   t o  [30] ,  the  m ajor  chall en ge  of   CVM  m e tho d  is  high er  nu m ber   of  sens or s  are  ne eded   to  m easur e  ever y  cel l  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 l  vo lt age  m easurem ent topolo gy       3.2.   Fau lt   De tecti on  usin g  Comp arat or   Com par at or   ci rcu it   is  a  dev ic e  us ed  to  com par e  bet wee n  two  vo lt age  sig nals  and   deter m ines  wh ic h  sign al   is  gr eat er.  I n  BM S  protect ion   ci rc uitry,  com par at or  is  no rm al l y  us ed  to  determ ine  the  unde r  volt age   and   ov e r  volt age  co nd it io n  fo r  each  cel l  in  a  batte ry   pack   [ 31 ] .  Ba sed  on  Su m ukha  V  U dupa   [31] ,    th e  com par at or  is  us e d  to   com par e  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 o  the  outpu t  will   hav e  an  in ver te d  po la rity .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  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 n  is  great er  tha n  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 d  t o  determ ine  the  ov e r - volt age  and   unde r - vo lt a ge  fa ult.  Fo r  L i - ion   batte ry,  uppe r  thre shold  vo lt age  is  4.2 5V  an d  lowe r  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  a  volt age   m easur e acr os s  zener  d i od e Z 1  an d  V R4  is a vo lt age m easure  acro ss resi sto r  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 g  c om par at or       Table   4 . Sum m ary o f  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 r  is  re quired   to  m easur e  the  volt age.     Th us   m easur e m ent  sp ee d  is  no  m or e  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  t o  transit  above  a nd   belo w  the  thres hold  volt age  causin g  an  err at i c  ou t pu t  [ 33 ] .  F ur t her m or e,  the  com plexity   of   ci rcu it ry is  on e  of the  m ai n  issue as  larg e  form at  o f  L IB bat te ry p ac k  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 r  diode  a nd   fu se  is  the  si m ple  pr otect ion   m et ho d  int r oduce d  by   [34] .  Figure   3   sh ows  the  c onfi gurati on   of  zener  diode  and   fu s e  us e d  as  a  fau lt   protect ion   dev ic e.  In   t his  topolo gy ,     zener   di od e ,  Z 1  act in g  a s  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 t  is   flo wing  thr ough  the  BM S.  Thu s ,  al l  fu ses  r e m ai n  in  cl os ed  sta te .  Wh e n  an  over - volt ag e  or   re ver se - volt ag e   conditi on   occ urs,  the  ze ner   di od es  will   beg i n  to  co nduct,  r esulti ng   the  c urre nt  to  flo w  thr ough   the  f use   and  conseq ue ntly   blow  the  f us e  to  protect   the  vo lt age  m easur em ent  el ec tro nics  from   da m age.  T her e  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 n  t opology   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &   Co m p  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 w  cost  protect io n  ci rcu it ry  an d  le ss  com po nen t  in vo l vem ent.  H ow e ve r ,     fu se  need   to  r eplace   ever y  ti m e  i ts  blo wn.  Th us   it   is  no t  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 r  diode  Z 1,   it   will   br ea k  the  Z 1  befo re   the  fu se   bl own.   Me a ning  t ha t  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 g  Dra in - Source   V oltage  Monit oring Me thod   In  BM S  unit ,  MOSFET   wi de ly   us ed   as  a  switc hing  c ompone nt  to  distr ibu te s  a n  e xce ssive  c harg e   from   on e  cel l  t o  a no t her  cel l.  Howe ver,  Gu a ng y uan  Liu   [ 35]   has   propose d  a   ne w  te c hn i qu e   usi ng  M O SFET   to  detect   a   fai lure  of  a  batte ry  cel l  by  m easur i ng  it s  dra in - s ource  volt age.  I n  this   te chn i qu e ,  M OS F ET  is   connecte d  in  s eries  betwee n  each  cel l  in  batte ry  pack .  I n  order   to  deter m ine  wh et he r  the  batte ry  is  fau lt y  or   no t,   the  sta tus   of  the   cel l  sta te   is  detect ed   by  se ns in g  t he   volt age  dro p  acr os s  t he  M OS FE T.  Whe n  the   MOSFET   is  tu rn e d  on,  t he  c urre nt  will   fl ow  thr ough  t he   M OS FE T.  Th us ,   volt age  dro p  a cro s s   the   MOS FE T   can  be deri ved  by  i n   ( 1) .      =        (1)     Since  the  valu e  of   R don  is  usual ly   ver y  lo w ,  the  volt age  dro p  acr os s  M OS FE T,     is  ve ry  sm a ll .   Ther e f or e,  d i fferentia l o p  am p  is  us e d  to  am plify t he o n - sta te  v oltag e acr oss M OSFET.     Wh e n  i 1 =i L   an d  i 2 =0,   it   te ll s  that  there  is  open  cel l  batte r y  fau lt   is  occ urre d  in  cel l  C2   as  show n  i n   Figure   4  [35] .  Durin g  this  co nd it io n,   MO SF ET  S2   is  tu rn e d  off  to  is olate   the  fau lt y  batte ry  from   the  rest  of   batte ry  pack.   F igure   4   al so   s hows  a  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  a  thres ho l d  va lue,  I SCth ,  m ea ns   that  cel l  C2   is  sh ort   ci rcu i t.  Since  cu rren t  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 l  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 r  la rg e  siz e  of   batte ry  pack,  a  pl enty   nu m ber  of   MO SFE T  require d  on  each  cel l.     Be side,  batte ry total   cu rr e nt is  lim i te d  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 n  it  u se  in  m edical   or   m ilit ary  app li cat ion .  A dvance d  co ntro l  of  ba tt ery  cel ls   and   fau lt   toleran ce   of   batte ry  pac k  are   crit ic al   in  fu tu r e  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 s  ne ed  to  be  co nducted  t o  i m pr ove  the   sp eed  of  prot ect ion   ci rcu it r y  ta ken   place  wh e n  fa ult  even t  o ccu rs.   Re al   time   vo lt age   se ns in g  is  m ay   need  to  be   co ns i de red   re placi ng  the  ze ner   diod e.  Hi gh   sp ee d  MOSFE T  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 w  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 s  co ntr ol  al gorithm .    Most  of   pr e vi ou s  stu dies  m or e  fo c us e d  on   protect ing   th e   batte ry  cel l  instea d  of  protec ti ng   the  BM S  it sel f.   Pr otect io n  t he   BM S  f r om   fau lt   sti ll s  a  rel evan t   fiel d  f or  f uture  st ud y,   wh ic h  i nclu de   on  le ss - c om plex  of  vo lt age   se ns in g,   high  sp ee d  proces sin g  a nd  com pact  de sign.  T her e f ore,  t hese  fau lt   detect io n  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 d  m ore r obus t B MS.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  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 e  the  G re en  Ene rg y  Re search  Ce nt re   and   D rive   Tech no l og y  La borato ry,  UiT M Sha h Alam , S el ango r,  Mal a ysi a       REFERE NCE S    [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 n  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 n  El e ct ri c  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 t  al. ,   “ Open  circu it   vol ta g e  ch aract er iz a ti on  o f  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 s  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 t  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 e  pre d i ct ion  b ase d  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 t  al. ,   “ Design  and  Im ple m ent ation  of  a  Sm art   Li thi um - Ion  Bat te r y   S y s tem   with  Rea l - Tim e  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 e  r e m ai ning  en erg y   pre diction  appr o ac h  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 . ,   “ A  rev i e w  of  stat e  of  h e al th  and  rem ai n i ng  useful  li f e  es ti m at ion  m et hod s  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 t  al. ,   “ Multi - ti m e - sc al e   observe r  design   for  stat e - of - ch a rge   and  state - of - hea l th  of  a  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 C  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. ,   “ A  m et hod  for  joi nt   esti m at ion  o f  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 C  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 t  al. ,   “ Design  of  Master   and  Slave   Mod ule s  on  Bat te r y   Mana gement  S y stem  for  El ec tric   Vehic le s  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 c  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 r  Acti v e  Ch arg e  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,   “ A  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 c  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 l  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:  A  rev i e w,”   J .   Powe r  S ource s ,   vol .   30 6,     pp.   178 – 192 ,   20 16.   [22]   J.  Sun ,   et   al. ,   “ Toxi cit y ,   a  serio us  conc ern   of  the rm al   runa wa y  from   co m m erc ia l  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 e  struct ur e  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 t  al. ,   “ Li - ion  Batter y   Separ at ors,  M ec han ic a l  Inte gr i t y   and  Fail ure   Mec hani sm s  Le adi ng  to  Soft  an d  Hard  Internal   Shorts,”   S ci. Re p . ,   vol.   6 ,   pp .   1 – 9 ,   2 016.   [25]   J.  W en,   e t  al . ,   “ A  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 s  &  Li thi um   Bat t er y - Pow ere d  Devic es   Aviatio n  Cargo  and  Pass enge r  Bagga g e   E vent s  Invol vin g  Sm oke ,   Fire,  Ext reme  Hea t  or  Expl osion  In volvi ng  Lithium   Bat teries  or  U nknown  Bat te r y  T y p es, ”   F ed. A v i at.   Adm. ,   pp.   1 – 32,   2016 .   [27]   T.   Inou e,  e t  al . ,   “ Deve lopment  o f  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 s  As socia te d  wit h  Com m erc ia l  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 p  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 e  Form at   Li ion  Bat t eri es, ”  2015  I EE E  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 n  J  E le c Eng &   Co m p  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 t  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 t  al . ,   “ Fault   tol er able  Li - ion  batter y   st ac k , ”  Conf .   Pro c.   -   I EE E  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 d  th e  B. E ng. (Hons . )  degr ee   in  e lectr i cal  e ngine er ing  from   the   Univer sit i  Te knologi  MA RA,  Shah  Alam,  Malay s ia,  in   20 09.   He  is  cur ren tly   working  towar d  the  M.Sc.  degr ee   in  powe r  el ectroni cs  in  fac ul t y   of  elec tr ic a l  engi ne eri ng ,   UiTM.   He  is  al so  cur ren t l y   working  with  th e  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 h  in te r est s  inc lude   power   el ectroni cs  circ uit s  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 e  in  power   e l ec tron ic s  from   the   Univ ersit i   Te knologi  MA RA,  Shah  Ala m ,   Malay sia ,   i n  20 03  and   20 07,   respe ctively.    He  complet ed  hi s  Ph.D.  degr ee   in  power  el ec tro nic s  in  the   School  of  El ectrical   a nd  Inform at ion   Engi ne eri ng,   Th e  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 h  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 e  ene rg y ,   an d  fau lt - tol er ant   conve rt ers.       Shahril   Irwan   Sulai m an   ho lds a   P hD i n  Elec tri c al  Engi ne eri ng.   He has be en   workin g  as  a   lectur er  in  Univer siti   Teknologi  MA RA,  Malay s ia   for  m ore   tha n  10  y e ar s.  He  has  bee n  ver y   active   no t  onl y   as  a  le c turer  but  al so  as  a   re sea rch er  and  co nsulta nt .   He  has  9  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 d  8  rese ar ch  project s  and  be come  a  m ember  of  9  rese arc h  pro je c t s.  He  had  al so  publi shed  hi s  rese arc h  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 n  i nvolve d  in  consult an c y   proje c ts  for  al m ost  a  d ecade.  H is  wide  expe r ience   and  ac hi evem ent   as  a  cons ult ant  is  m ore   prom ine nt  as  he  has  bee n  ac t ive l y   invol v ed  in  var ious  aspe ct s  of  photovol ta i c  s y stems ’   implementa t ion  such  as  competenc y - b ase d  tr ai n i ng,   techni ca l  ad visor,   expert  wit ness,  standa rds  deve lopment ,   de sign  and  m ana ge m ent .   He  is  a  m ember  of  working  group  deve lop ing  Malay sian  Standa rds  rel a ted  to  photovol tai c  s y stems .   In  a ddit ion,   h e  is  als o  a  reg ula r  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 ,   I  strong l y   be li ev e  that  he  h as  the   ne ce ss a r y   cre dib il i t y   and   e xper ie n ce t o  b e prom ote d  to  Sen ior  Mem ber   of   I EE E .         Ahm ad  Mali ki  Om ar  rec e ive d  his  Ph . D  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 s  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 e  ar ea s  of   ren ewa bl e  en erg y   and  power  e lectr oni c.   His  cur r ent   rese arc h  int e rests  inc lud e  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.