再充電可能な電池は,電池エネルギー貯蔵システム (BESS) の基本構成要素です.現在,ますます多くの異なる化学システムが数十もの電池からなる電池パックに組み合わせられています.,バッテリー管理システム (BMS) の設計者にとってこの設計構造は,最適なパフォーマンスを達成するために多くの課題に直面しています効率性,信頼性,安全性
例えば,アプリケーション要件を満たす統合回路 (IC) の設計または選択には,バッテリー化学,充電,モニタリング,負荷バランス,隔離,安全性効率的な実施を保証する通信技術
この目的のために,サプライヤーは多くの必要機能をプロセッサとは本質的に独立した専用ICに統合しました.このタイプのICの多くのモデルは,複数のリチウムベースの電池化学システムをサポートするだけでなくこのタイプのICは,電池電池からデータを収集し,最適なリアルタイム電池管理の決定とアクションをします. さらに,このICは,電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池の電池のこのタイプのICは,バッテリーセル状態と運用状態に関するデータもシステムプロセッサに提供します..
この記事では,マルチセルグループのユニークな技術要件を簡潔に紹介します.アナログ・デバイスの先進的な専門的な最適化されたICを導入し,上記の要件を満たすためにこれらのICを使用する方法について詳細に説明します..
多数の電池が より多くの課題をもたらす
バッテリーパックの基本回路図は シンプルに見えるかもしれませんが連続接続により電圧が高く,並列接続により電流が大きくなります.つまり,このような構成は単細胞/数細胞のバッテリーパックの単純な拡張に過ぎず,ほとんど追加の管理を必要としません.このマルチセルバッテリーパックは,18Vまたは48Vを必要とする電気ツールに適しています400Vまたは800Vを必要とする電気自動車 (EV) と通常1500Vを必要とするBESSシステム
これらの大きなバッテリーパックの実際の状況は,それらの詳細と複雑性が,回路図に示されているものをはるかに上回ることです. 細胞とバッテリーパックの数が増加するにつれて,これらの課題に対処する難しさは指数関数的に増加しています.
まず,バッテリーセルを監視し,端電圧,充電放電曲線,充電状態 (SoC),温度,故障先駆子の特徴を追跡する必要があります. さらに,異なる電池を均等に管理し,その違いを記録し考慮する必要があります..
バッテリー電池管理の複雑さをさらに高めます.採用された管理戦略の適切性は,電池電池の化学的特性に依存する.異なる主要な化学システム (リチウムイオン (Li-ion) と鉛酸電池など) に対して採用された管理戦略は異なる.同じ一般化化学システム内 (様々なリチウムイオン電池製剤など)管理された電池電池の化学的特性に合わせて,高度なBMS管理戦略を調整する必要があります.
高電圧と高容量バッテリーパックに含まれる電池電池の数が多く,多くの安全基準を満たさなければなりません.現時点で最も実行可能な技術的解決策は,ローカルバッテリーセルの監視と管理です.システムには通常 メインプロセッサが搭載されていますが通常は,ローカルセルモニタリングとバッテリーパックの全体的なパフォーマンスを評価するための先進的な規制指示のみを発行することができます.. The monitoring and management of a single battery cell is accomplished by an autonomous electronic system that provides real-time functionality and primarily operates without the need for system level processor intervention.
パッシブとアクティブ バッテリーバランス
複数の細胞群の整合性を維持するために 細胞バランスが特に重要で,過負荷により 細胞が損傷しないようにします低利用率で他のバッテリーが無効になるのを防ぐことセルバランスにより,電池とバッテリーパックの損傷を防止し,性能を最大化できます. セルバランスにより,電池パックのすべてのセルが同時に最大容量に達することを保証します.過剰料金防止SoCのバランスが崩れ 過剰な放電 早期老化によりバッテリーの寿命が延びる
細胞バランスには2つの方法があります.アクティブバランスと受動バランスです.アクティブバランスは受動バランスよりも正確で速いですが,実装はより複雑です.アクティブ バランス 付け は,アクティブ サーキット 技術 を 用い,バッテリー パック の 各 セル の 間 に 充電 を 再 配分 するすべての細胞の SoC が一貫しているようにします.この回路は,各電池セルの電圧をモニターし,モニタリング結果に基づいて,それに応じて充電と放電電流を調整します.
低精度と遅い速度に加えて 低精度と遅い速度に加えて 低精度と遅い速度に加えて 低精度と遅い速度パッシブバランスも高電池電池で余分なエネルギーを (廃棄物) 消散することができます.
多細胞モニタリングから
すでに多くのESSソリューションが市場に存在していますが,BMSの2つの主要なフロントエンド機能は,バッテリーセルのモニタリングとバランスです.図1に示すADES1830CCSZIC16チャネル,マルチセル,マルチ化学システムバッテリーモニターとして,上記の機能を達成するだけでなく,システム全体の設計と操作を簡素化するのに役立ちます.
アナログデバイスのADES1830CCSZセルモニター
図1: ADES1830CCSZは,複数のセルと複数の化学システムを持つセルモニタで,包括的なBMSの基本構成要素として使用されています. (画像源: アナログデバイス)
このマルチセルグループモニターは,全温度範囲で合計測定誤差 (TME) が2mV未満で,最大16の連続接続セルを測定することができる.同じ仕様を持つ他の ADES1831CCSZ の TME は少し高い2Vから5.5Vの測定入力範囲により,ADES1830とADES1831はほとんどの電池化学材料に適しています.
複数の電池を含むバッテリーパックを監視する際の一貫性を維持するため,すべての電池は,二重統合されたアナログ・デジタル変換器 (ADC) を通じて,冗長で同期的に測定できます.このアナログからデジタル変換機 (ADC) は,毎秒4.096メガサンプルの (MSPS) 高サンプリング速度で連続的に動作します.このようにして外部アナログフィルターの使用を削減し,アライアシングフリー測定結果を達成する必要に応じて,下流プログラム可能な無限のインパルス応答 (IIR) フィルターによって追加のノイズ削減を達成できます.ADES1830とADES1831も,パッシブバランス機能を有し,独立したパルス幅調節 (PWM) 作業サイクル制御によって達成される.セルあたり最大300mAの放電電電流に対応する.
ADES1830またはADES1831のデバイスは 16個のセルを連続でサポートするだけですが,複数のデバイスをカスケード化して長串の高電圧バッテリーパックのセルを同時にモニターすることができます.ICチップ間の相互接続を達成するために,各デバイスには孤立したシリアルポートインターフェース (isoSPI) が装備されている.ユーザが選択したコンデンサーまたはトランスフォーマーによって電気を隔離し,無線周波数干渉に耐える長距離高速通信を実現する.
この方法によって,単一のメインプロセッサ接続はデータを読み取り,バッテリー文字列全体を監視することができます.このシリアルポートリンクは,双方向通信を可能にします.通信経路が故障した場合でもデータの完整性を確保する.
これらのマルチセル検出器の適用性を最適化するために,アナログデバイスはEV-ADES1830CCSZ評価ボード (左図2) を立ち上げました.バッテリーパックの長いセルをモニタリングするために,複数の評価ボードを isoSPI インターフェイスを通じて接続できます (図2の右側).