リチウム バッテリー管理システム (BMS) は、リチウム イオン バッテリー パックの重要なコンポーネントであり、その安全性、効率性、寿命を保証します。リチウム BMS システムの大手サプライヤーとして、その主要コンポーネントに関する深い知識を共有できることを嬉しく思います。
1. 電圧調整および監視回路
電圧監視は BMS の最も基本的な側面です。リチウムイオン電池は、過電圧および過小電圧状態に敏感です。過充電は熱暴走を引き起こす可能性があり、バッテリーが制御不能に加熱され、火災や爆発の危険があります。電圧が不足すると、バッテリーセルに不可逆的な損傷が生じ、容量と寿命が低下する可能性があります。
電圧調整および監視回路は、バッテリー パック内の個々のセルの電圧を継続的に測定します。これらの回路には通常、さらなる処理のためにアナログ電圧信号をデジタル値に変換する高精度アナログ - デジタル コンバーター (ADC) が装備されています。たとえば、マルチセル バッテリ パックでは、BMS は各セルの電圧を個別に監視し、不均衡を検出できます。私たちの18650用バッテリー管理システムは高度な電圧監視機能を備えており、一般的なタイプのリチウムイオン電池である各 18650 セルの電圧変動を正確に検出します。
セルが過電圧または不足電圧の制限に近づくと、BMS は即座に措置を講じます。一連の制御スイッチを通じて充電または放電回路を切断し、バッテリーが危険な状態になるのを防ぎます。この機能は、特に電気自動車やエネルギー貯蔵システムなどの高出力アプリケーションにおいて、バッテリー パックの安全性と信頼性を維持するために不可欠です。
2. 電流センサー
電流センサーは、リチウム BMS システムにおいて重要な役割を果たします。バッテリーパックを流れる充電電流と放電電流を測定します。電流を正確に監視することにより、BMS はバッテリーの充電状態 (SOC) と健全性 (SOH) を計算できます。
BMS では、シャント抵抗器やホール効果センサーなど、いくつかの種類の電流センサーが使用されます。シャント抵抗器はシンプルでコスト効率が高くなります。これらは、低抵抗シャント抵抗器の両端の電圧降下を測定することによって機能します。この電圧降下は、そこを流れる電流に比例します。一方、ホール効果センサーは非侵襲的で、DC 電流と AC 電流の両方を測定できます。これらはホール効果に基づいて動作し、電流によって磁界が生成され、センサーがこの磁界を検出して電流値を決定します。
SOC と SOH の計算に加えて、電流センサーはバッテリーを過電流状態から保護するのにも役立ちます。過電流は、短絡、負荷の故障、またはバッテリ管理システム自体の誤動作によって発生する可能性があります。 BMS は過電流状況を検出すると、バッテリーセルへの損傷を防ぐために電流の流れをすぐに遮断します。私たちの1S 18650 リチウム電池 BMS高品質の電流センサーが組み込まれており、正確な電流測定とタイムリーな過電流保護を保証します。
3. 温度センサー
温度もリチウムイオン電池の重要なパラメータです。極端な温度は、バッテリーの性能、安全性、寿命に大きな影響を与える可能性があります。高温によりバッテリー内部の化学反応が加速され、自己放電率の増加、容量の低下、さらには熱暴走につながる可能性があります。逆に、低温ではバッテリーの内部抵抗が増加し、充放電効率が低下する可能性があります。
温度センサーは、セルの近くや BMS のプリント基板 (PCB) 上など、バッテリー パック内の戦略的な場所に配置されています。サーミスタは、そのシンプルさ、低コスト、高感度により、BMS の温度センサーとして一般的に使用されます。 BMS は温度データを使用して充電電流と放電電流を調整できます。たとえば、温度が高すぎる場合、BMS はバッテリーの過熱を避けるために充電電流を減らすことがあります。温度が低すぎる場合、BMS は過度の電圧降下を防ぐために放電電流を制限します。
私たちのリチウムポリマー電池用1S BMS高度な温度センサーを統合し、リチウムポリマー電池のリアルタイム温度監視を提供します。これは、最適な動作温度範囲を維持し、バッテリーの長期的なパフォーマンスを保証するのに役立ちます。
4. マイクロコントローラーユニット（MCU）
マイクロコントローラー ユニット (MCU) は、リチウム BMS システムの頭脳として機能します。電圧、電流、温度センサーから収集されたデータを処理し、事前にプログラムされたアルゴリズムに基づいて決定を行い、BMS のさまざまな機能を制御します。
MCU は、セルのバランス、過電圧および不足電圧の保護、過電流保護、温度管理などのタスクを担当します。これは、制御スイッチや通信インターフェイスなどの BMS 内の他のコンポーネントと通信して、これらの機能を実行します。たとえば、MCU がセル内の過電圧状態を検出すると、制御スイッチに信号を送信して充電回路を切断します。
BMS で使用される最新の MCU は、高度に統合されており、エネルギー効率が優れています。 ADC、タイマー、通信インターフェイスが組み込まれているため、BMS の設計が簡素化され、全体的な消費電力が削減されます。当社の BMS 製品には、高性能処理機能を提供する高度な MCU が搭載されており、正確で信頼性の高いバッテリー管理が保証されます。
5. コントロールスイッチ
制御スイッチは、バッテリーパックを充電または放電回路に接続または切断するために使用されます。これらは、オン抵抗が低く、スイッチング速度が高く、制御が容易であるため、通常、MOSFET (金属酸化物半導体電界効果トランジスタ) を使用して実装されます。
BMS は制御スイッチを使用して、過電圧保護、不足電圧保護、過電流保護などの機能を実行します。危険な状態が検出されると、MCU は制御スイッチに信号を送信して回路を開き、バッテリーを負荷または充電器から切り離します。状態が解決されると、MCU はスイッチを閉じて通常の動作を再開できます。
保護機能に加えて、制御スイッチはセルバランシングにも使用されます。セルバランシングは、バッテリーパック内の個々のセルの充電レベルを均一にするプロセスです。 BMS は制御スイッチを使用して個々のセルをバランシング回路に接続または切断し、すべてのセルが同じ充電状態になるようにします。私たちの4S 14.4V リチウムイオン/リチウムポリマー電池管理システム (BMS)信頼性が高く効率的な回路保護とセルバランシング機能を提供する高品質の制御スイッチを備えています。
6. 通信インターフェース
通信インターフェースは、BMS がバッテリー充電器、車両の車載コンピューター、リモート監視システムなどの他のシステムと通信するために不可欠です。 BMS で使用される一般的な通信インターフェイスには、CAN (コントローラー エリア ネットワーク)、I2C (集積回路間)、UART (汎用非同期受信機 - 送信機) などがあります。
CAN インターフェイスは、その高速通信機能、信頼性、および同じネットワーク上の複数のノードをサポートできる機能により、自動車アプリケーションで広く使用されています。 BMS は、CAN インターフェイスを使用して、SOC、SOH、電圧、電流、温度などのバッテリー ステータス情報を車両の車載コンピューターに送信できます。この情報は車両の制御システムで使用され、バッテリーと車両全体の性能を最適化できます。
I2C インターフェイスは、家庭用電化製品や小規模バッテリ アプリケーションで一般的に使用される、シンプルで低コストの通信インターフェイスです。これにより、BMS は同じ PCB 上の他のコンポーネント (センサーやメモリ チップなど) と通信できるようになります。一方、UART インターフェイスは、BMS とホスト コンピューターまたはディスプレイ デバイス間のシリアル通信に使用できる多用途の通信インターフェイスです。
7. セルバランス回路
セルのバランスは、マルチセルのリチウムイオン バッテリ パックにおいて重要な機能です。製造上のばらつき、自己放電率、およびさまざまな動作条件により、バッテリ パック内の個々のセルの充電レベルは時間の経過とともに不均衡になる可能性があります。セルのバランスが崩れると、バッテリー容量の低下、寿命の短縮、さらには安全上の問題が発生する可能性があります。
セルバランス回路は、バッテリーパック内の個々のセルの充電レベルを均一にするために使用されます。セル バランシングには、主に 2 つのタイプがあります。パッシブ バランシングとアクティブ バランシングです。パッシブバランシングでは、抵抗を使用して充電レベルの高いセルから過剰なエネルギーを放散しますが、アクティブバランシングでは、充電レベルの高いセルから充電レベルの低いセルにエネルギーを転送します。アクティブ バランシングは、パッシブ バランシングと比べて効率が高く、バランシング時間を短縮できます。
私たちのリチウムイオン電池用4S BMSは、高度なセル バランシング機能を提供し、4S リチウムイオン バッテリ パック内のすべてのセルのバランスを確保し、最適なパフォーマンスと寿命を実現します。
結論
結論として、リチウム BMS システムは、リチウムイオン バッテリー パックの安全性、効率性、寿命を確保するために連携して動作する複数のコンポーネントで構成される、複雑かつ洗練されたデバイスです。電圧監視回路からセルバランシング回路までの各コンポーネントは、BMS の全体的なパフォーマンスにおいて重要な役割を果たします。
リチウムBMSシステムの信頼できるサプライヤーとして、当社はお客様の多様なニーズを満たす高品質の製品を提供することに尽力しています。リチウムイオン電池アプリケーション向けの信頼性の高い BMS ソリューションをお探しの場合は、さらに詳しいご相談を承りますので、ぜひお問い合わせください。当社には、適切な BMS 製品の選択を支援し、導入プロセス全体を通じて技術サポートを提供できる専門家チームがいます。自動車、エネルギー貯蔵、家庭用電化製品のいずれの業界であっても、当社にはお客様の特定の要件を満たす経験と専門知識があります。
参考文献
- Wang, X.、Zhang, Y. (2018)。リチウムイオン電池の健康状態の推定方法: レビュー。ジャーナル オブ パワー ソース、380、295 - 308。
- チェン Z.、リン J. (2019)。電気自動車用の高度なバッテリー管理システム: 問題点と課題。輸送電化に関する IEEE トランザクション、5(2)、401 ～ 410。
- Lu, L.、Han, X.、Li, J.、Hua, J.、Ouyang, M. (2013)。電気自動車のリチウムイオン電池管理の主要な問題についてのレビュー。ジャーナル オブ パワー ソース、226、272 ～ 288。
