新エネルギー車用BMSの基本構造と動作原理

バッテリー管理システム (BMS) の厳密な定義はありません。これは次のように理解できます。 バッテリ管理システムは、電源バッテリ パックを安全に監視して効果的に管理し、電源システムの通常の動作を維持し、バッテリ寿命を延ばすために使用されるデバイスです。一般にバッテリーナニーまたはバッテリーマネージャーとして知られています。バッテリーの動作ステータス (バッテリーの電圧、電流、温度) を監視し、バッテリー容量 (SOC) と対応する残りの走行距離を予測し、過放電、過充電、過熱、個々のセル間の重大な電圧不均衡を回避するようにバッテリーを管理して、バッテリーの貯蔵容量とサイクル寿命を最大限に活用できます。-

分類：

バッテリー管理システムは、その構造に基づいて分散システム、集中システム、統合システムに分類できます。

1. 分散システム

コアの定義:

分散 BMS はモジュラー BMS とも呼ばれ、「機能が分散され、管理が集中される」という特徴があります。バッテリー データの取得と一部の処理機能をバッテリー モジュールまたはバッテリー パック内の複数の独立したスレーブ コントロール ユニットに分散し、マスター コントロール ユニットが高度なアルゴリズムと車両通信を担当します。

専門的特性分析:

利点:

• 高い拡張性とモジュール性: スレーブ コントロール ユニットを追加または削除することで、異なる電力レベルと電圧レベルのプラットフォームに簡単に適応でき、プラットフォーム ベースの設計が容易になります。{0}
• シンプルな配線と高い信頼性: 各モジュールのサンプリング ハーネスは非常に短くすっきりしているため、長距離アナログ信号伝送による干渉のリスクが軽減され、測定精度とシステムの電磁適合性が向上します。{0}
• 高い安全性: 高電圧のサンプリング ポイントが分散されているため、低電圧システムへの高電圧の侵入のリスクが軽減されます。{{1}マスター コントロール ユニットは高電圧エリアから離れた場所に配置できます。-

短所:

• システムの複雑さの高さ: 2 つのハードウェア ユニット (マスターとスレーブ) と複雑な通信プロトコルの開発と管理が必要です。
• 比較的高いコスト: 複数のスレーブ制御ユニットのハードウェアの合計コストは高くなる可能性があります。
• 一般的な用途: 電気自動車、大規模エネルギー貯蔵システム、ロボット、および高度なモジュール性、拡張性、安全性、精度が必要なその他のシナリオ。{0}

2. 集中システム

コアの定義:

集中BMSは「統合取得・集中処理」アーキテクチャを採用しています。すべての機能は 1 つの中央コントローラーに統合されており、すべてのバッテリー セルの電圧および温度信号は、長いワイヤリング ハーネスを介して中央コントローラーの取得ポートに直接接続されます。

専門的特性分析:

利点:

• シンプルな構造、低コスト: 単一のコントローラ、マスター スレーブ通信プロトコルなし、比較的シンプルなソフトウェア開発、小容量システムでは全体コストが最も低くなります。-
• 直接データ処理: すべてのデータは単一チップ内で処理されるため、ノード間同期や送信遅延が不要になります。{0}

短所:

• 拡張性が低い: コントローラーの I/O ポートが固定されているため、バッテリーの数が異なるシステムに適応することが困難です。
• 信頼性が高いリスク: 長距離のサンプリング ハーネスは干渉を受けやすく、測定精度の低下につながります。-多数の長いハーネスにより、コネクタの故障率が高くなります。
• 柔軟性の低いレイアウト: 中央コントローラーはバッテリー パックの近くに配置する必要があり、ワイヤーハーネスのレイアウトは固定されているため、車両全体のレイアウトには適していません。
• 安全上の問題: すべての高電圧サンプリング ポイントが 1 か所に集中しているため、システム全体の故障につながる単一点故障のリスクが生じます。-

一般的な用途: 低速電気自動車、電動工具、小容量エネルギー貯蔵キャビネット、コストとスペースの要件が非常に厳しい家庭用電化製品-。

3. 統合システム

コアの定義:

統合BMSは電気部品と機械部品を深く統合した製品であり、「ハードウェアとソフトウェアの統合、高度な統合」を体現しています。 BMS のコア ハードウェア機能（AFE、MCU など）をバッテリー パックの制御および保護ボードに直接統合し、場合によってはバッテリー パック内の他のコンポーネント（高電圧切断デバイス、電流センサーなど）と物理的に統合することもあります。-

専門的特性分析:

利点:

• 小型で非常に高いスペース使用率: スペースに制約のあるアプリケーションに非常に適しています。-
• コストとサプライチェーンの最適化: ケーシングやコネクタなどの材料を削減し、生産と組み立てを簡素化します。
• 強力なパフォーマンス目標: 特定のバッテリーパック向けに最適化された設計により、最適なパフォーマンスを実現します。

短所:

• 拡張性がほとんどない: バッテリー パックと深く統合されているため、他の仕様のバッテリー システムには使用できません。
• メンテナンスと交換が難しい: 障害が発生した場合は、通常、制御ボード全体、さらにはバッテリー パック モジュール全体を交換する必要があります。
• 放熱と絶縁の課題: 高密度集積化により、放熱設計に課題が生じ、高電圧および低電圧回路の絶縁設計に対する要件が高まります。{0}

一般的な用途には、家庭用電化製品、電動二輪車、コンパクトな家庭用エネルギー貯蔵製品、スペースの最大利用を優先する一部の PHEV / HEV 車両用のバッテリー パックなどがあります。{0}

バッテリー管理システムは主に、中央処理装置 (メイン制御モジュールまたは ECU とも呼ばれます)、データ収集ユニット (収集モジュール BMU)、バランシング ユニット、表示ユニット、制御コンポーネント (リレー、ヒューズ)、および検出コンポーネント (漏れ検出、電流センサー、温度センサーなど) の部分で構成されます。

中央処理装置はメイン制御基板と高電圧制御回路で構成されています。-データ取得ユニットは、温度取得モジュールと電圧取得モジュールで構成されます。ほとんどのアプリケーションでは、バランシング モジュールと検出モジュールが統合されています。表示ユニットは、表示ボード、LCD スクリーン、キーボード、ホスト コンピュータで構成されます。 CAN フィールドバス テクノロジーは通常、これらのコンポーネント間および車両のマルチ エネルギー システムとの情報通信を実現するために使用されます。-

新エネルギー車メーカーのリチウムイオン電池の電池管理システムでは、マスタースレーブ構造が採用されています。{0}{1} 1 つの BMS メイン制御モジュールは最大 256 個の収集モジュールを制御でき、各収集モジュールは最大 16 個の電圧チャネルと 8 個の温度チャネルを収集して処理できます。バッテリーの充放電状態のリアルタイム監視、データ処理、SOC 推定、航続可能距離推定、充放電制御、その他の機能を実行できます。-

BMS の主な動作原理は次のように簡単に要約できます。データ収集回路がバッテリーの状態情報を収集した後、電子制御ユニットがデータを処理および分析し、分析結果に基づいてシステム内の関連機能モジュールに制御コマンドを発行し、情報を外部に送信します。

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自動車の電源システムでのバッテリーの使用は複雑なプロセスです。バッテリーは安全性、電力密度、エネルギー密度を向上させ、自己放電率とコストを削減する必要があります。-さらに、バッテリーの一貫性、バッテリー間の接続、漏れ防止と高電圧の安全性、換気と放熱、バッテリー パックの防水と防塵、システムの保守性など、車両での使用に関連する多くの特別な問題を考慮する必要があります。-これらの問題を解決することによってのみ、電力電池を電気自動車に広く使用することができます。

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