ポータブルデバイス、エネルギー貯蔵システム、電気自動車など、バッテリーで駆動する機器はますます増えており、バッテリー管理システムはバッテリーの耐用年数を延ばす鍵となります。ここでは、バッテリー管理システムの動作機能とADIのバッテリー管理ソリューションについて紹介します。
バッテリー状態データをリアルタイムで分析することで、バッテリー寿命全体を延ばします。
バッテリー技術の急速な発展に伴い、電気自動車やハイブリッド電気自動車、バックアップバッテリーシステム、グリッドエネルギーストレージ、ポータブルデバイスなど、バッテリーで駆動する電子機器の数はますます増えています。これらすべてにおいて、バッテリーの動作を監視、バランス調整、保護するための正確で効率的な半導体が必要です。バッテリー監視システム（セルバランスと分離された通信ネットワークを含む）を通じて新しいリチウムバッテリーの化学特性を活用し、革新的な集積回路を使用して信頼性を向上させることで、バッテリー寿命を30% 延長できます。
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、さまざまな市場のバッテリーに使用されている高度な技術です。リチウム電池の種類によって利点が異なり、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) は比エネルギーが非常に高いため、携帯用製品に最適です。LiMnの低い内部抵抗2お4 (マンガン酸リチウム) は急速充電と大電流放電を保証し、ピークカットエネルギー貯蔵アプリケーションに最適な選択肢であることを示しています。LiFePOの優れた機能4 （リン酸鉄リチウム）はフル充電に耐え、長時間高電圧を維持できるため、停電時にも稼働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。
さまざまなアプリケーションのニーズに応じて、さまざまな種類のバッテリーが必要になります。たとえば、自動車用途では高い信頼性と優れた充放電速度が求められますが、ヘルスケア用途では効率を向上させて寿命を延ばすためにピーク電流の持続可能性が求められます。ただし、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が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。標準的なバッテリーの電圧降下範囲は500 mV ～ 1 Vですが、リン酸鉄リチウム (LiFePO4) やコバルト酸リチウム (LiCoO2) バッテリーなどの高度なリチウム バッテリーでは、放電曲線で電圧降下範囲が50 mV ～ 200 mVの平坦な領域が示されます。
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困難なことです。 バッテリーの適切な充電と放電を確実に行うには、SOCを非常に高い精度で計算する必要があります。過充電はさまざまな安全上の問題を引き起こし、化学的劣化や短絡を引き起こし、火災やガスの危険につながります。過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。SOHは、バッテリーのパフォーマンス状態に関する情報を提供することで、問題が発生する前に正常なバッテリーの交換を防ぎ、不良バッテリーの状態を監視するのに役立ちます。
メインマイクロコントローラを使用したSOCおよびSOHデータのリアルタイム分析、充電アルゴリズムの変更、ユーザーのバッテリー電位の通知 (停電時にバッテリーが高電流深放電の準備ができているかどうかなど) など、さまざまな方法でバッテリーの動作効率を向上させることができます。また、大規模なエネルギー貯蔵システムで状態の悪いバッテリーと状態の良好なバッテリーの最適なバランスを保証することで、バッテリー全体の寿命を延ばすことができます。
LTC6813-1
ADIは、バッテリ管理の効率を向上させるために、LTC®6813-1バッテリ管理ソリューション (BMS) を発売しました。LTC6813-1は、マルチセル バッテリ スタック モニタとして、最大18個の直列接続されたバッテリ セルの電圧を、合計測定誤差2.2mV未満で測定できます。 LTC6813-1のバッテリー測定範囲は0V ～ 5Vであるため、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290μsで測定でき、電圧と電流の同期測定が可能で、低いデータ取得レートを選択して高いノイズ低減を実現できます。
複数のLTC6813-1デバイスをシリアル接続すると、長い高電圧バッテリ ストリングで同時にバッテリを監視できるようになり、スタック可能なアーキテクチャにより数百個のバッテリの監視をサポートできます。各LTC6813-1には、最長100 mの単一のツイストペア線を使用した1 Mbの絶縁シリアル通信をサポートし、EMI感受性とEMI放出が低いisoSPIインターフェースが装備されています。™ また、双方向で無線LANの切断や火災の防止が可能なので、RF耐性のある高速長距離通信を実現します。 複数のデバイスがデイジーチェーン接続され、すべてのデバイスはホスト プロセッサによって配線されます。デイジーチェーンにより双方向操作が実現され、通信経路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。
LTC6813-1は、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 デルタ シグマ (ΔΣ) ADCで、ISO 26262-c準拠の要件に沿ったシステム向けに特別に設計されています。プログラム可能なパルス幅変調を備えたパッシブバッテリーのバランスは最大200mAであり、バッテリースタックまたは分離された電源から直接電力を供給することができます。
LTC6813-1では、各バッテリーの充電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提供されます。さらに、内蔵5Vレギュレータ、9つの汎用デジタルI/Oラインまたはアナログ入力を備えており、温度やその他のセンサー入力と組み合わせることができ、I2CまたはSPIマスターコントローラとして構成してスリープモードをサポートできます（消費電流は6μAに減少します）。64リードeLQFPパッケージを採用しています。
DC2350A-B
ADIは、顧客の製品開発を支援するために、18セル モニターLTC6813-1を内蔵したマルチセル バッテリー スタック モニターのデモ回路であるDC2350A-B評価キットもリリースしました。 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し、スタック内の任意の数のセルを監視することができます。 デモ回路には、完全に冗長化された通信パスをサポートするリバーシブルisoSPIも用意されています。
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アナログデバイスDC2350A-B電源管理開発ボードおよびキット