Implementation and evaluation of passive cell balancing in a master-slave battery management system for electric vehicle charging applications-a real case study

Battery Management Systems (BMS) play a crucial role in ensuring battery packs' safe and efficient operation by monitoring key parameters such as voltage, temperature, and state of charge. One of the critical functions of a BMS is cell balancing, which helps maintain uniform charge levels across battery cells, extending battery life and improving overall performance. This study focuses on implementing and evaluating passive balancing in a ready-designed BMS developed by the company. The system employs a Master-Slave architecture, where the BMS Master oversees the operation, and BMS Slaves manage individual cell groups. Passive balancing is achieved through resistor-based dissipation, where excess energy from overcharged cells is dissipated as heat to equalize voltages across the battery pack. While simple and cost-effective, this method introduces challenges related to energy loss and thermal management. The project involves analyzing the passive balancing circuit, testing its effectiveness in maintaining voltage uniformity and evaluating its impact on energy efficiency. Various measurement tools validate system performance, including voltage monitoring, power dissipation analysis, and thermal assessments. The results provide insights into the practical performance of passive balancing in real-world applications, highlighting its benefits and limitations. The study also discusses possible enhancements to improve balancing efficiency. These findings contribute to optimizing BMS solutions, ensuring safer and more reliable battery operations in energy storage and electric vehicle applications.

I Sistemi di Gestione della Batteria (BMS) svolgono un ruolo cruciale nel garantire il funzionamento sicuro ed efficiente dei pacchi batteria, monitorando parametri chiave come tensione, temperatura e stato di carica. Una delle funzioni fondamentali di un BMS è il bilanciamento delle celle, che aiuta a mantenere livelli di carica uniformi tra le celle della batteria, prolungandone la durata e migliorandone le prestazioni complessive. Questo studio si concentra sull'implementazione e la valutazione del bilanciamento passivo in un BMS già progettato e sviluppato dall'azienda. Il sistema adotta un'architettura Master-Slave, in cui il BMS Master supervisiona l'operazione e i BMS Slave gestiscono gruppi di celle individuali. Il bilanciamento passivo viene realizzato tramite la dissipazione dell'energia in eccesso delle celle sovraccariche sotto forma di calore, al fine di uniformare le tensioni nel pacco batteria. Sebbene sia una soluzione semplice ed economica, questo metodo presenta sfide legate alla perdita di energia e alla gestione termica. Il progetto prevede l'analisi del circuito di bilanciamento passivo, la verifica della sua efficacia nel mantenere l'uniformità della tensione e la valutazione del suo impatto sull'efficienza energetica. La validazione delle prestazioni del sistema viene effettuata mediante strumenti di misura, tra cui il monitoraggio della tensione, l'analisi della dissipazione di potenza e la valutazione termica. I risultati forniscono approfondimenti sulle prestazioni pratiche del bilanciamento passivo in applicazioni reali, evidenziandone i vantaggi e le limitazioni. Lo studio discute inoltre possibili miglioramenti per aumentare l'efficienza del bilanciamento. Questi risultati contribuiscono all'ottimizzazione delle soluzioni BMS, garantendo operazioni della batteria più sicure e affidabili nei sistemi di accumulo energetico e nei veicoli elettrici.