バッテリーは、電気自動車分野での急速な発展や、バッテリー監視システムが極めて重要なスマートグリッド向けの再生可能エネルギーの貯蔵での使用など、さまざまな用途で重要な役割を果たしています。この記事では、ADIのバッテリー監視システムと関連ソリューションについて説明します。
制御チップはバッテリー電源を監視および保護できます
現在、リチウムベースの化学は、自動車市場、産業市場、ヘルスケア市場など、さまざまな市場で使用されている高度なバッテリー技術です。さまざまなタイプのリチウム電池にはそれぞれ異なる利点があり、さまざまな用途や製品設計の電力ニーズをより適切に満たすことができます。例えば、LiCoO 2 （コバルト酸リチウム）は比エネルギーが高く、携帯用製品に最適です。LiMn 2お4 （リチウムマンガン酸化物）は、内部抵抗が低く、充電が速く、大電流放電が可能で、ピーク制御やエネルギー貯蔵アプリケーションに最適です。LiFePO 4 (リン酸鉄リチウム) は、完全に充電された状態に対する耐性が向上し、長時間にわたって高電圧を維持できるため、停電時にも動作する必要がある大規模なエネルギー貯蔵システムに最適です。このバッテリーの欠点は自己放電率が高いことですが、これは上記の保管方法では大きな違いにはなりません。
アプリケーションによって必要なバッテリーの種類は異なります。たとえば、自動車アプリケーションでは高い信頼性と優れた充放電率が必要であり、ヘルスケアアプリケーションでは効率と耐用年数を向上させるために高いピーク電流の持続性が求められます。これらすべてのソリューションに共通するのは、さまざまなリチウム化学組成の公称電圧範囲にわたって非常に平坦な放電曲線を示すことです。標準的な電池の電圧降下範囲は500mV～1Vですが、LiFePOなどの先進的なリチウム電池では、 4 またはLiCoO 2放電曲線は、電圧降下が50 mV ～ 200 mVの範囲にある平坦な領域として表示されます。
これらすべてのアプリケーションでは、バッテリー電源の監視、バランス調整、保護、通信を行うために、正確で効率的な半導体が必要です。一流のバッテリー監視システム（バッテリーバランスと隔離された通信ネットワークを含む）は、革新的な集積回路を使用することで信頼性を向上させ、特にエネルギー貯蔵システム（ESS）のバッテリーの耐用年数を30％延長し、新しいリチウムバッテリーの化学的利点を最大限に活用します。
バッテリーの充電と健康は重要
バッテリー電圧レールに接続されたICの電源管理チェーンでは、電圧曲線の平坦性という大きな利点により、DC-DCコンバータの設計により、小さな入力電圧範囲で最大効率ポイントで動作できるようになります。既知のVから変換した後で 非常に近いV外システムの電力チェーンは、あらゆる動作条件下で99% の効率を達成するために、昇降圧コンバーターにとって理想的なデューティ サイクルを持つように設計できます。
平坦な放電曲線の主な欠点は、バッテリーの充電状態 (SOC) と健全性状態 (SOH) の評価を決定するのが非常に難しいことです。バッテリーの適切な充電と放電を確保するには、SOCを高精度で計算する必要があります。過充電とそれに伴う化学的劣化および短絡に関連する安全上の問題により、火災やガスの危険が発生する可能性があります。過度の放電はバッテリーを損傷し、寿命を50% 以上短縮する可能性があります。
最良の条件では、正確で信頼性の高いSOCおよびSOH計算により、バッテリー寿命が10年から20年に延長され、一般的に30% 増加します。また、メンテナンス コストを考慮すると、エネルギー貯蔵システムの総所有コストを30% 以上削減できます。より正確なSOC情報と組み合わせることで、過充電や過放電によるバッテリーの急速な消耗を防ぐことができ、ショートや火災などの危険を最小限に抑え、バッテリーの電力を最大限に活用し、バッテリーを可能な限り最良かつ最も効率的に充電できるようになります。
最も効率的で信頼性の高いバッテリー監視システム
ADIのLTC6813バッテリ管理ソリューション (BMS) は、ポータブル超音波機器などのヘルスケア機器や、大規模 (メガワット/時間) エネルギー貯蔵システム (病院、工場、グリッド安定化、電気自動車充電インフラストラクチャ、住宅ユニット用)、産業用ロボットや車両に使用できます。ADIテクノロジーのポータビリティは、さまざまな過酷な環境で動作するように設計されており、自動車用ASILから産業用SIL (VDE AR 2510-2/-50、IEC EN 61508など) までさまざまな機能安全規格に準拠しているため、信頼性と安全性の面で大きな利点をもたらします。
最も効率的で信頼性の高いバッテリー監視システムを実現するこの新しい独自のソリューションには、18セル モニターとバランスICをマイクロコントローラーとSPIスレーブの絶縁インターフェイスと組み合わせることが含まれます。マルチセル バッテリー スタック モニターは、最大18個の直列接続されたバッテリー セルを、合計測定誤差2.2 mV未満で測定します。セル測定範囲は0 V ～ 5 Vなので、ほとんどのバッテリー化学組成に適しています。18個のセルすべてを290 μsで測定でき、ノイズを大幅に低減するためにデータ取得速度を低く設定することもできます。複数のスタック モニター デバイスを直列に接続して、長い高電圧バッテリー ストリングのセルを同時に監視できます。各スタックモニターにはisoSPIがある™ 高速、RF耐性、長距離通信用のインターフェース。複数のデバイスがデイジー チェーンで接続され、すべてのデバイスに対して1つのホスト プロセッサ接続が使用されます。このデイジー チェーンは双方向に操作できるため、通信パスに障害が発生した場合でも通信の整合性が確保されます。ICは、バッテリー スタックから直接、または独立した電源から電力を供給できます。このICには、各セルのパッシブ バランス機能と、各セルの個別のPWMデューティ サイクル制御が含まれています。その他の機能には、オンボード5 Vレギュレータ、9つの汎用I/Oライン、消費電流が6 μAに低減されるスリープ モードなどがあります。
ADIのLTC681xおよびLTC680xファミリは、バッテリ スタック モニタの最先端技術を代表しています。18チャネル バージョンはLTC6813と呼ばれます。ADIは、お客様の最終製品の設計をサポートするために、バッテリー モニター デバイス用の幅広い評価システムとプラットフォーム、およびあらゆるニーズに適応するさまざまな製品の完全なポートフォリオを提供しています。
最大18個の直列バッテリーユニットを同時に監視
現在、ADIが新たに発売したADBMS1818は、この記事で言及したLTC6813と互換性のあるマルチセル バッテリー スタック モニターであり、最大18個の直列バッテリー セルを測定でき、総測定誤差は3.0 mV未満です。ADBMS1818は0 V ～ 5 Vのバッテリー測定範囲を備えているため、ほとんどのバッテリー化学アプリケーションに適しています。18個のバッテリーセルすべてを290 μs以内に測定でき、ノイズ低減のためにより低いデータ取得レートを選択することもできます。
実際には、複数のADBMS1818デバイスを直列に接続して、長い高電圧バッテリ ストリングを同時に監視できます。isoSPI™ ADBMS1818の高電圧システム向けスタック可能なアーキテクチャにはそれぞれインターフェイスが組み込まれており、最大100 mの単一のツイストペア線を使用して、1Mbの絶縁シリアル通信と長距離でのRFフリーの高速通信が可能になります。複数のデバイスがデイジー チェーンで接続され、すべてのデバイスが単一のホスト プロセッサに接続されます。デイジーチェーンの双方向操作機能により、通信パスが誤っている場合でも通信の整合性が保証されます。
バッテリー スタックは、ADBMS1818に直接または独立した電源を使用して電力を供給できます。ADBMS1818は、パッシブバランスとバッテリーセルごとの個別のPWMデューティサイクルを制御できます。その他の機能としては、オンボード5 Vレギュレータ、9つの汎用I/Oライン、スリープ モード (消費電力は6 μAまで低下) などがあります。
ADBMS1818はEMI感受性と放射線が低く、双方向切断保護をサポートしているため、わずか290 μs以内にシステム内のすべてのセルを測定できます。同期電圧・電流測定が可能です。プログラム可能な3次ノイズ フィルターを備えた16ビット Δ-Σ ADCは、最大200 mAの電流でパッシブ バッテリー バランスをサポートします。プログラム可能なパルス幅変調と、温度やその他のセンサー入力用の9つの汎用デジタルI/Oまたはアナログ入力を備えています。次のように設定できます2スリープ モードでの電力電流が6μAのCまたはSPIマスター デバイスで、64ピンeLQFPにパッケージ化されています。ADBMS1818は、スタンバイ バッテリー システム、グリッド エネルギー ストレージ、住宅用エネルギー ストレージ、無停電電源装置 (UPS)、高出力ポータブル機器などの分野で使用できます。
評価ボードが製品開発をスピードアップ
ADBMS1818に加えて、EVAL-ADBMS1818上の18セル モニターとして機能するADBMS1818を含むマルチセル バッテリー モニター デモ回路として、EVAL-ADBMS1818評価ボードが発売されました。2線式絶縁シリアル インターフェイス (isoSPI) を介して複数のボードを接続できるため、スタック内の任意の数のバッテリーを監視できます。デモ回路にはリバーシブルisoSPIが搭載されており、完全に冗長化された通信パスが可能になります。
EVAL-ADBMS1818はDC2026 Linduinoに直接接続することでPCと通信できる® 1つ。バッテリーパック モニターICを制御し、USBシリアル ポート経由でデータを受信するには、DC2026に適切なプログラム (「スケッチ」と呼ばれる) をロードする必要があります。DC2792/DC1941はDC2026に接続でき、EVAL-ADBMS1818用の完全に分離されたisoSPIインターフェイスを提供します。
EVAL-ADBMS1818はDC2026 Linduino Oneボードによって制御できます。DC2026は、Arduino互換のLinduinoプラットフォームの一部であり、マルチセル バッテリー モニターICを制御する方法を示すサンプル コードを提供します。ほとんどのArduino互換マイクロコントローラ ボードと比較して、DC2026は、バッテリー モニタICオープン ドレインSDOを正しく接続するためのさまざまな便利な機能を提供します。たとえば、PCの絶縁USBに接続でき、SPI MISOライン プルアップ抵抗が組み込まれています。EVAL-ADBMS1818 14ピンQuikEval J3コネクタを介したSPI通信用のシンプルなリボン ケーブル接続を備えています。
結論
バランス機能と通信機能を備えたバッテリー スタック モニターにより、バッテリーの状態を迅速かつ正確に制御し、充電/放電プロセスを最適化できます。ADIのソリューションは、バッテリー スタック モニターに優れた精度と正確性を与え、既存の優れた設計を最適化するのに役立ちます。さらに、ADIは、顧客のさまざまな要件を満たす、バッテリー監視デバイスに適した幅広い評価システムとプラットフォームを提供しています。
関連商品を見る
