Моделювання активного балансування елементів літій-іонних акумуляторних батарей в MATLAB/Simulink

Автор(и)

  • Олег Смирнов Харківський національний автомобільно-дорожній університет, 61002, Україна, м. Харків, вул. Ярослава Мудрого, 25. , Україна https://orcid.org/0000-0003-4881-9042
  • Анна Борисенко Харківський національний автомобільно-дорожній університет, 61002, Україна, м. Харків, вул. Ярослава Мудрого, 25, Україна https://orcid.org/0000-0001-5992-8274
  • Дмитро Іноземцев Харківський національний автомобільно-дорожній університет, 61002, Україна, м. Харків, вул. Ярослава Мудрого, 25, Україна https://orcid.org/0009-0000-3067-2607

DOI:

https://doi.org/10.30977/VEIT.2025.28.0.5

Ключові слова:

літій-іонний акумулятор, балансування, джерело електричної енергії, електромобіль, ємність, моделювання

Анотація

Стаття присвячена дослідженню активного балансування елементів літій-іонних акумуляторів. Обґрунтована необхідність активного балансування літій-іонних акумуляторів, яке підвищує безпеку, довговічність та ефективність акумуляторних батарей електромобілів. Наведено детальний огляд методів балансування. Побудована модель активного балансування двох літій-іонних акумуляторів з номінальною напругою 3,7 В і номінальною ємністю 5,4 А·год в MATLAB/Simulink. Моделювання проведено у двох режимах роботи: без зовнішнього джерела електричної енергії та із зовнішнім джерелом. Результати моделювання свідчать, що використання зовнішнього джерела електричної енергії знижує час балансування приблизно у 2 рази та при цьому значно підвищує стан заряду акумуляторів. Таке дослідження сприяє екологічній стійкості транспортних засобів.

Посилання

  1. Luo, Y.-F., Chen, G.-J., Liu, C.-L., Chen, Y.-S., & Hsieh, H.-S. (2025). An active bidirectional balancer with power distribution control strategy based on state of charge for Lithium-ion battery pack. Applied Energy, 377, 124661. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124661
  2. Singh, A. K., Kumar, K., Choudhury, U., Yadav, A. K., Ahmad, A., & Surender, K. (2024). Applications of Artificial Intelligence and Cell Balancing Techniques for Battery Management System (BMS) in Electric Vehicles: A Comprehensive Review. Process Safety and Environmental Protection. https://doi.org/10.1016/j.psep.2024.09.105
  3. Khan, N., Ooi, C. A., Alturki, A., Amir, M., Shreasth & Alharbi, T. (2024). A critical review of battery cell balancing techniques, optimal design, converter topologies, and performance evaluation for optimizing storage system in electric vehicles. Energy Reports, 11, 4999–5032. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2024.04.041
  4. Arandhakar, S., & Nakka, J. (2025). Deep Learning-Driven Robust Model Predictive Control Based Active Cell Equalisation for Electric Vehicle Battery Management System. Sustainable Energy, Grids and Networks, 101694. https://doi.org/10.1016/j.segan.2025.101694
  5. Wang, S., Wang, Y., & Soo, Y.-Y. (2025). Evaluation and prediction of lithium-ion battery pack inconsistency in electric vehicles based on actual operating data. Energy, 319, 134879. https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.134879
  6. Divya, T., Umayal C & Vasan Prabhu, V. (2024). A hybrid GTOA-DRN approach based active cell voltage balancing of electric vehicle batteries using PID controller. Journal of Energy Storage, 98, 113095. https://doi.org/10.1016/j.est.2024.113095
  7. Yang, C., Ye, Z., Xiong, X., Su, C., & Xie, M. (2024). Improving electric vehicles sustainability: Accurate forecasting of lithium-ion battery health using machine learning models. Journal of Energy Storage, 103, 114280. https://doi.org/10.1016/j.est.2024.114280
  8. Habib, A. K. M. A., & Hasan, M. K. (2023). Lithium-ion battery state-of-charge balancing circuit using single resonant converter for electric vehicle applications. Journal of Energy Storage, 61, 106727. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.106727
  9. K, K., & P, P. (2024). Analysis of cell balancing of Li-ion batteries with dissipative and non-dissipative systems for electric vehicle applications. Energy Reports, 12, 2408–2428. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2024.08.023
  10. Yue, S., Xia, B., Liang, C., Zhang, F., Qu, L., & Huang, X. (2025). Temperature-considered active balancing strategy for lithium-ion battery packs with surrogate optimization algorithm. Journal of Energy Storage, 108, 115073. https://doi.org/10.1016/j.est.2024.115073
  11. Rao, V. S., Sajja, G. S., Manur, V. B., Arandhakar, S., & Krishna, V. B. M. (2025). An exploratory Study on Intelligent Active Cell Balancing of Electric Vehicle Battery Management and Performance Using Machine Learning Algorithms. Results in Engineering, 104524. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.104524
  12. Uzair, M., Abbas, G., & Hosain, S. (2021). Characteristics of Battery Management Systems of Electric Vehicles with Consideration of the Active and Passive Cell Balancing Process. World Electric Vehicle Journal, 12(3), 120. https://doi.org/10.3390/wevj12030120
  13. Habib, A. K. M. A., Hasan, M. K., Issa, G. F., Singh, D., Islam, S., & Ghazal, T. M. (2023). Lithium-Ion Battery Management System for Electric Vehicles: Constraints, Challenges, and Recommendations. Batteries, 9(3), 152. https://doi.org/10.3390/batteries9030152
  14. Ren, H., Zhao, Y., Chen, S., & Wang, T. (2019). Design and implementation of a battery management system with active charge balance based on the SOC and SOH online estimation. Energy, 166, 908–917. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.10.133
  15. Khan, N., Ooi, C. A., Alturki, A., Amir, M., Shreasth & Alharbi, T. (2024). A critical review of battery cell balancing techniques, optimal design, converter topologies, and performance evaluation for optimizing storage system in electric vehicles. Energy Reports, 11, 4999–5032. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2024.04.041
  16. Shang, Y., Xia, B., Lu, F., Zhang, C., Cui, N., & Mi, C. C. (2017). A Switched-Coupling-Capacitor Equalizer for Series-Connected Battery Strings. IEEE Transactions on Power Electronics, 32(10), 7694–7706. https://doi.org/10.1109/tpel.2016.2638318
  17. Duraisamy, T., & Kaliyaperumal, D. (2020). Active cell balancing for electric vehicle battery management system. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS), 11(2), 571. https://doi.org/10.11591/ijpeds.v11.i2.pp571-579
  18. EV Battery Testing Parameters & Battery Management System. – E-Mobility Institute. (2022). E-Mobility Institute – Hardware Enabled E-Mobility Upskilling Platform. https://courses.diyguru.org/battery/ev-battery-testing-parameters-battery-management-system/
  19. Duraisamy, T., & Kaliyaperumal, D. (2020). Active cell balancing for electric vehicle battery management system. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS), 11(2), 571. https://doi.org/10.11591/ijpeds.v11.i2.pp571-579
  20. Ashraf, A., Ali, B., Alsunjury, M. S. A., Goren, H., Kilicoglu, H., Hardan, F., & Tricoli, P. (2024). Review of Cell-Balancing Schemes for Electric Vehicle Battery Management Systems. Energies, 17(6), 1271. https://doi.org/10.3390/en17061271

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-12-10

Як цитувати

Смирнов, О., Борисенко, А., & Іноземцев, Д. (2025). Моделювання активного балансування елементів літій-іонних акумуляторних батарей в MATLAB/Simulink. Автомобіль і електроніка. Сучасні технології, (28), 47–57. https://doi.org/10.30977/VEIT.2025.28.0.5

Номер

№ 28 (2025)

Розділ

МОДЕЛЮВАННЯ ПРИКЛАДНИХ ЗАДАЧ В АВТОМОБІЛЕБУДУВАННІ І ТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМАХ

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Олег Смирнов, Анна Борисенко, Дмитро Іноземцев

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.