バッテリーBMSのハードウェア設計の課題

バッテリー技術が急速に発展している今, バッテリー管理システム (BMS) は,安全で効率的なバッテリー運用を保証するための重要な要素です.そのハードウェア設計は多くの課題に直面していますBMS ハードウェア デザインにおける主な課題と業界動向を紹介します.

1精度 課題

• BMSは,バッテリーの電圧,電流,温度パラメータを正確に測定し,バッテリーの充電状態 (SOC) を正確に推定する必要があります.健康状態 (SOH) と電力の状態 (SOP). 電池の化学的特性は複雑で,温度や老化などの様々な要因の影響を受けます.異なる電池には異なる充電と放電特性があります.例えばリチウム鉄リン酸電池 (LFP) はエネルギー密度が低く,コストが低く,サイクル寿命が長く,安定している..
• バッテリーの電圧の正確な測定は,バッテリーの自己放電や負荷変化などの要因によって影響される主要な課題の一つです.温度変化も電池の性能と測定の精度に大きな影響を与えます例えば,高温はバッテリーの老化を加速し,バッテリーの容量と性能を低下させます.

2セキュリティ上の課題

• BMS の 基本 の 任務 の 一つ は,バッテリー が 安全 の範囲 で 動作 する こと を 確保 し,過充電,過放電,過電流,過熱 の よう な 異常 な 状況 を 防ぐ こと です.例えば,電池 の 充電 量 が 低くなっ たり,電池 の 温度 が 上がっ たり,電池 の 充電 量 が 上がっ たり,電池 の 充電 量 が 上がっ たり,電池 の 充電 量 が 上がっ たり,電池 の 充電 量 が 上がっ たり,電池 の 充電 量 が 上がっ たり,電池 の 充電 量 が 上がっ たり,電池 の 充電 量 が 上がっ たり,電池 の 充電 量 が 上がっ たり,電池 の 充電 量 が 上がっ たり,電池 の 充電 量 が 上がっ たり,電池 の 充電 量 が 上がっ たり,電池 の ,過剰充電すると,電池内の化学反応がバランスを失い,ガスが発生し,電池内の圧力が増加し,膨張などの危険な状況さえ引き起こします.火事や爆発過剰な放電は電池内の電極材料に不可逆的な化学変化を引き起こし,電池の性能と寿命を低下させる可能性があります.
• バッテリーの熱管理は,BMSハードウェア設計における重要な安全問題でもある.リチウム電池は通常,燃える電解液を使用する.電池が穴を開けられたり過充電されたりした場合,電池は燃えやすい電解液を使用する.電解液は分解して熱を放出します熱走路に達しない場合でも,高温ではバッテリーの老化が加速する可能性があります.

3熱管理の課題

• BMSは,バッテリーの電圧,電流,温度パラメータを正確に測定し,バッテリーの充電状態 (SOC) を正確に推定する必要があります.健康状態 (SOH) と電力の状態 (SOP). 電池の化学的特性は複雑で,温度や老化などの様々な要因の影響を受けます.異なる電池には異なる充電と放電特性があります.例えばリチウム鉄リン酸電池 (LFP) は エネルギー密度が低く,コストが低く,周期が長く,安定しています.ニッケル・コバルト・マンガネス (NMC) リチウム電池は高エネルギー密度で高コストです PDF.
• バッテリーの電圧の正確な測定は,バッテリーの自己放電や負荷変化などの要因によって影響される主要な課題の一つです.温度変化も電池の性能と測定の精度に大きな影響を与えます例えば,高温はバッテリーの老化を加速し,バッテリーの容量と性能を低下させます.

4コストチャレンジ

• BMS ハードウェア デザイン は 費用 と 性能 の バランス を 確保 し なけれ ば なり ませ ん.高性能 BMS は,しばしば 先進 な 電子 部品 と 複雑な 回路 の 使用 を 求め ます.システムのコストを増加させる例えば,高精度センサーとアナログからデジタル変換器の使用は測定精度を向上させることができますが,コストも上昇します.
• 電気自動車やエネルギー貯蔵システムなどの大規模バッテリーシステムでは,BMSのコストはシステム全体のコストの相当な割合を占めています.費用を伴うアプリケーションで広く使用することを妨げる可能性があります.したがって,BMSの機能とパフォーマンスを確保しながらコストを削減する方法は,ハードウェア設計が直面する重要な課題です.

5拡張性の課題

• バッテリー技術が 絶えず進歩するにつれて バッテリー技術が 進歩するにつれて バッテリー技術が 進歩するにつれてBMS は,大規模な変更や交換なしに,将来のニーズに柔軟に適応できる必要があります..
• 例えば,電気自動車では,バッテリーパックの容量と構成がモデルによって異なります.BMSは,さまざまなモデルのニーズを満たすように簡単に拡張し調整できる必要があります.電気自動車から退役した電池の二次利用については,また,BMSは,これらの老朽電池のパフォーマンスと安全性ニーズを満たすために良いスケーラビリティが必要です..

6信頼性の課題

• バッテリーシステムの信頼性と安全性を確保するために,BMSハードウェアは様々な動作条件と環境下で安定して動作する必要があります.ハードウェアの部品が故障したり,電磁気干渉などの要因により性能が低下する可能性があります.振動や湿度です
• 例えば,電気自動車では,BMSはエンジンやその他の電子機器による電磁気干渉にさらされます.BMSの通常の通信とデータ送信に影響を与える可能性があります.さらに,電池パックは,車両の運転中に振動とショックにさらされ,BMSのハードウェア部品に損傷を与える可能性があります.

7認証のコンプライアンスの課題

• BMSの設計は,自動車用用用品のISO 26262と固定電池のUL 1973などの様々な安全性および性能基準に適合しなければならない.これらの認証要件を満たすことで,設計と開発の複雑性が高まります.
• BMSの認証要件は,異なるアプリケーション分野や地域によって異なります.BMS設計者は,設計の各段階においてこれらの要件を完全に考慮する必要があります.部品の選択から品質保証試験,製造準備まで,製品が認証に合格し,市場に出荷できるようにする.

8コミュニケーションの課題

• 大型電池システムでは,モニタリングと制御電子機器は,単一の集中BMSコンピュータではなく,複数の印刷回路板コンポーネントに分散していることが多い.重要な測定データ複数のマイクロコントローラーノード間で安全データとバッテリー状態データは継続的に同期されなければなりません.ノード間の通信障害はBMSを麻痺させることがあります.バッテリーセル電圧の正確な評価を防止し,範囲外の状態が発生した場合に保護応答を誘発する.
• 例えば,電気自動車では,BMSと機内充電器,インバーターなど他のシステムとの間に効率的で信頼性の高い通信が必要です.バッテリーの正確な管理と制御を達成するために通信障害によりバッテリー管理が悪くなって 車両の性能と安全性が 損なわれる可能性があります

9. 将来の傾向

• 統合物件インターネット (IoT)BMSをモノのインターネットと統合し,遠隔監視と制御を可能にし,運用効率を向上させる.リアルタイムデータ送信と分析を通じて,BMS は,電池の潜在的な問題を事前に特定し,システムの安定した動作を確保するために警告することができます..
• 固体電池技術:固体電池は高エネルギー密度と安全性により多くの注目を集めているが,その特性にはBMSによる正確な管理と制御が必要である.BMS は,固体電池の特性に最適化され,その優位性を完全に利用し,新たな課題に対応する必要があります.
• 二次利用用途:電気自動車の電池を二次利用のシナリオ (エネルギー貯蔵システムなど) で使用することは,BMSに対する要求を高めます.BMSは老朽化電池を管理する必要があります.機能と健康状態を正確に評価する安全性と効率性を確保する.