バッテリー管理システム (BMS) は,バッテリーパックを監視,管理,保護するために設計された電子システムである. セルバランス (cell balancing) は,BMSの主要な機能の1つである.バッテリーの寿命を延ばす上で重要な役割を果たしています以下は詳細な紹介です

細胞 不均衡 を 理解 する

複数の電池からなる電池パックでは 電池阻力,温度,自己放電の特徴の違い他の要因により,電池間の電圧と充電状態 (SOC) の変動を引き起こす可能性があります.充電中に,一部の電池が完全に充電され,他の電池は充電不足のままになります.ある電池は過剰に放電され,他の電池には残電荷がある可能性があります.細胞の不均衡により,特定の電池が過充電または過放電になり,分解が加速し,バッテリーパックの総容量と寿命が短くなる可能性があります.

細胞 の 均衡 を 確保 する 方法 と 原則

• パッシブバランス:この方法では,通常,バランスレジスタを使用して,過熱電池から余分なエネルギーを熱として散布し,それによってすべての電池の電圧を均等化します.その利点は単純性,低コスト,実施の容易さしかし,バランスプロセス中にエネルギーを消費し,エネルギー利用効率を低下させます.主に充電中に適用され,バランスアップ時間が長くなるため,高速充電シナリオには適さない場合があります.例えば,リチウムイオン電池の受動バランスシステムでは,BMSが電圧が高い電池を検知すると,電池に接続されたバランスレジスタが起動します.余電圧が他の電池に並ぶまで熱として散布できるようにする

• アクティブバランスこのアプローチは,充電量が高い電池から充電量が少ない電池または負荷に余分なエネルギーを積極的に転送し,エネルギー再分配を実現します.充電効率の向上とバッテリーパックの全体的な性能しかし,アクティブバランスには,コンバーター,トランスフォーマー,インダクタなどの高価で複雑なハードウェアコンポーネントが必要です. 制御戦略もより複雑です. 例えば,あるアクティブバランスシステム充電過度の電池から電池が充電不足の電池に電源が転送され,電池間のダイナミックバランスを可能にします.

バッテリー の 寿命 を 延長 する ため に 細胞 の バランス の 役割

セルバランスに加えて,BMSは過剰充電/過剰放電保護,温度モニタリング,熱管理などの他の機能を実行します.これらの機能は,バッテリーパックを全面的に保護するために共働します., バッテリーの寿命をさらに延長し,安全性と信頼性を向上させる.以下には,関連する機能とその役割の概要があります:

• 単一の 細胞 を 過剰 に 充電 や 過剰 に 放出 する こと を 防止 する: BMSは,各電池の電圧とSOCをリアルタイムで監視し,バランスメーダを実行することで,すべての電池の電圧とSOCが合理的な範囲内に保たれるようにします.これは,個々のセルが過剰充電または深い放電を防ぐ過剰な充電/放電条件による加速した容量低下を避けるため,電池の寿命を延ばす.例えば,電気自動車では,電池の充電/放電の速度が低くなる.BMSは,充電と放電中に電池電池の過剰充電または過剰放電を防ぐためにセルバランスを使用します.バッテリーの使用期間を延長する
• バッテリーパックの一貫性を向上させる:セルバランスにより,電池パックの一貫性が向上し,電圧とSOCレベルがすべての電池に均等になります.より一貫したバッテリーパックは,充電と放電中により安定して効率的に動作します内部ストレスを減らし,電流の不均等な分布を抑制し,電池内の副作用の発生の可能性を低減し,容量低下を遅らせ,バッテリーの寿命を延長します.研究 に よる と,有効 な セル バランス 処理 は バッテリー パック の 寿命 を 30~40% 延長 する こと が でき ます
• バッテリーエネルギー利用の最適化電池の総容量を最大化します 電気は電池の総容量を最大化しますこれは,電池の不均衡によるエネルギー浪費を避け,バッテリー容量の不足を防ぐ結果として,バッテリーパックはより効率的に動作し,同じエネルギー需要下で充電/放電サイクルの頻度は減少します.バッテリー容量の劣化が充電/放電サイクル数と密接に関連しているため例えば,エネルギー貯蔵システムでは,効率的なセルバランスにより,バッテリーパックは最大容量に近い状態で動作します.エネルギー利用の改善とバッテリーの寿命の延長
• 熱流出の開始を遅らせる充電と放電中に不均衡な熱発生を引き起こす可能性があります.いくつかの細胞は,過剰な温度上昇を経験することがあります.電池の老化を加速し 熱流出のリスクを高めます電池の電圧と電流を均衡させることで,電池パック内の温度分布を一貫して維持するのに役立ちます.局所的な過熱を軽減し,熱の脱出の可能性を低下させるこれはバッテリーの安全性と寿命を向上させる.例えば,リチウムイオン電池パックでは,電池バランスが熱管理システムと連携して機能し,電池温度を効果的に制御します.電池の寿命を延期する
• 過剰充電/過剰放出防止: 充電/放電サイクルを調節し,過充電や深放電を防ぐことで,BMSは電池電池に過剰な電圧と電流のストレスを回避します.逆戻りのない電気化学反応や容量低下を軽減する効率的にバッテリーの寿命を延長します.
• 温度監視と熱管理BMSはバッテリーの温度を継続的にモニターし,冷却メカニズムを活性化したり,過熱や極端な低温を防ぐために必要に応じて充電速度を調整します.これは,バッテリーの性能と寿命に対する温度変動の悪影響を軽減し,バッテリーの老化を遅らせます.
• 充電状態 (SOC) と状態 (SOH) 推定: SOC と SOH を正確に推定することで,ユーザーはバッテリーの状態と残余容量を理解できます.バッテリーの合理的な使用を可能にし,過充電や過放電を避ける一方,容量低下の早期発見は,バッテリーの性能と長寿を保証する,間に合う保守と交換を容易にする.

BMS は テクノロジー の 継続 的 な 進歩 に よっ て,より 高精度,より 賢明,より 効率 的 な 方向 に 進化 し て い ます.例えば,細胞不均衡度などのリアルタイムパラメータに基づいて受動バランスレジスタ選択を最適化するための機械学習アルゴリズムを活用するバランスアップの効率とエネルギー利用を向上させ,バッテリーの寿命をさらに延長します.ワイヤレスBMS (wBMS) の開発によりシステム設計が簡素化セルバランスとバッテリー管理の柔軟性と利点を提供します.