特に電気自動車 (EV) やポータブル デバイス (スマートフォン、タブレット、電動工具など) などのバッテリー駆動アプリケーションの増加により、バッテリーの需要が世界的に増加しており、バッテリー管理とエネルギー貯蔵のニーズが高まっています。この記事では、バッテリー管理システム (BMS) とエネルギー貯蔵システム (ESS)、および関連ソリューションについて説明します。
BMSはバッテリーシステムの効率を向上します
すべてのバッテリー駆動機器では、バッテリーの充電と放電のプロセスを管理する必要があり、バッテリーの数、容量、電力によって異なるバッテリー管理システムが必要です。バッテリー管理システムは、バッテリーの充電と放電を監視および調整できる電子制御回路です。監視対象となるバッテリー特性には、バッテリーの種類、電圧、温度、容量、充電状態、消費電力、残り動作時間、充電サイクルなどがあります。
バッテリー管理システムは、バッテリーに残っているエネルギーを最適に利用できるように設計されています。バッテリーへの負荷を回避するために、BMSシステムは、非常に急速な充電と非常に高い放電電流による過放電と過電圧からバッテリーを保護します。複数セルのバッテリーの場合、バッテリー管理システムは、異なるバッテリーを管理するためのセルバランス機能も備えており、同じ充電および放電要件を満たすことができます。
インフィニオンが提供するソリューションを例にとると、インフィニオンのチップと設計は、バッテリー管理システムのレイアウトで顧客を支援し、バッテリー保護と充放電プロセス監視の設計上の考慮事項に従って、さまざまな製品、シミュレーションツール、リファレンスデザインの提供など、設計プロセス全体でサポートを提供し、顧客が設計上の課題を克服し、より高い効率、耐久性、信頼性を備えたバッテリー駆動アプリケーションを開発するのに役立ちます。
インフィニオンは、顧客のアプリケーション制限に応じて、バッテリー管理システムのさまざまなアーキテクチャをチェックし、マルチモジュール高電圧バッテリー、シングルモジュール中電圧バッテリー (60V以上)、シングルモジュール低電圧バッテリー (60V以下) など、サポートされているインフィニオン製品シリーズを見つけることができます。
InfineonのBMSソリューションは、バッテリー セル/バッテリー パックのパラメータ検出、パフォーマンス評価、保護、スイッチング、バッテリー最適化、通信、データおよびイベント ログを管理できます。さらに、インフィニオンは、バッテリー充電システム、バッテリー状態検知、制御および通信、電流および絶縁監視、高電圧スイッチ、電源管理チップ (PMIC)、熱制御および管理、モジュール間ワイヤレス接続も提供し、バッテリー管理システム向けの包括的なソリューションを提供します。
ESSは再生可能エネルギーアプリケーションの重要なコンポーネントです
エネルギー貯蔵は、何十年にもわたって電力の発電、送電、配電、消費に不可欠な要素となってきました。再生可能エネルギーによる発電の増加は、電力業界に劇的な変化をもたらしています。エネルギー貯蔵システムは、電力の供給と需要を管理するための幅広い技術的アプローチを提供し、より回復力のあるエネルギー インフラストラクチャの構築と、電力会社と消費者のコスト削減を可能にします。
バッテリーベースのエネルギー貯蔵システム技術は、構成された太陽光発電施設や風力発電施設からクリーンなエネルギーを供給し、停電に即座に対応できるようにします。メーター前に設置すると、エネルギー貯蔵システムはエネルギーを「一括」貯蔵し、再生可能エネルギー発電システムや送電・配電システムと組み合わせて使用できます。住宅および商業のシナリオでは、エネルギー貯蔵システムはメーターの後ろで動作します。
エネルギー貯蔵システムは、AC/DCおよびDC/AC変換、バッテリーへの電力供給、バッテリーの充電、またはバッテリーに貯蔵されたエネルギーを交流に変換してグリッドに送り返す機能を備えた電力変換システム (PCS) を含む2つの主要コンポーネントで構成されています。電源デバイス ソリューションの適合性は、サポートされる電圧と電力フローの条件によって異なります。
さらに、バッテリーの充電、バランス、およびヘルスモニタリング機能を備えた上記のバッテリー管理システム、およびシステム制御と通信用のマイクロプロセッサが必要です。このシステムは、エネルギー貯蔵システム (ESS) を大規模システムに統合できるようにする基本コンポーネントを提供します。
エネルギー生成、伝送、電力変換、バッテリー管理における独自の経験を持つインフィニオンは、効率、革新、性能、最適なコストの観点からエネルギー貯蔵ソリューションの開発を推進する最適なパートナーであることは間違いありません。Infineonの製品には、個別のOptiMOS™、CoolMOS™、CoolSiC™ MOSFETおよびIGBTモジュールのほか、高度に統合された3レベルEasy 1B/2Bモジュール、機能的に統合されたEiceDRIVER™ ゲート ドライバIC、XMC™ コントローラ、セキュリティ ソリューションなどがあり、さまざまなエネルギー貯蔵システム設計における推奨製品として知られています。
SiC DC/DCコンバータで動作効率が向上
エネルギー貯蔵システムには、通常、双方向バックブーストコンバータと電力変換システム (PCS) を組み合わせた最大電力点追従 (MPPT) と、DC/DCコンバータとPCSを組み合わせたMPPTの2種類の構造があります。違いは、双方向バックブーストのバックエンドが高電圧バッテリーに接続されているのに対し、双方向DC/DCコンバータのバックエンドが低電圧バッテリーに接続されていることです。
双方向DC/DCコンバータを例に挙げると、DC/DCコンバータは2象限モードで動作し、入力電圧と出力電圧の極性は変わりませんが、入力電流と出力電流の方向は変更できます。双方向DC/DCコンバータは、典型的な「二重目的」機器として、エネルギーの双方向伝送を実現でき、機能的には2つの単相DC/DCコンバータと同等です。双方向DC/DCコンバータは、一般的に絶縁型と非絶縁型の2種類に分けられます。絶縁型双方向DC/DCコンバータは広く使用されており、回路トポロジにはさまざまな切り替え形式があります。絶縁型双方向DC/DCコンバータは、独自の特性を持つさまざまな回路トポロジーを備えており、フルブリッジ回路、ハーフブリッジ回路、プッシュプル回路、または変換回路のさまざまな組み合わせに分類できます。
フルブリッジ回路は、ブリッジ構造に接続された4つの同一のスイッチング チューブを特徴とし、パルス トランスの一次側を駆動します。その利点は、一次側巻線の減少とスイッチング管の電圧抵抗の同期的な減少ですが、多数のスイッチング管の使用と、より良いパラメータの一貫性の要件など、その欠点は比較的明白です。ハーフブリッジ回路は、2つのスイッチング チューブが2つの大きな同等のコンデンサに置き換えられていることを除いて、フルブリッジ回路に似ています。
プッシュプル回路のトポロジ構造は対称性が特徴です。パルストランスの一次側には、2つの対称コイルがあり、2つのスイッチング チューブが対称関係に接続され、交互にオンとオフを切り替える、線形増幅回路のクラスBプッシュプル電力増幅器と類似した動作プロセスを備えています。
現在、太陽光発電エネルギー貯蔵の一部として、ほとんどの双方向DC/DCコンバータは、主にCLLCと位相シフト フル ブリッジの変換回路トポロジを採用しています。DC/DC部分のパワーデバイスのほとんどはIGBTで設計されており、スイッチング周波数は約20Kで制御されます。スイッチング周波数の増加と損失の低減は、ハードウェアエンジニアにとって難しい問題でした。Arrow Electronicsとチップメーカーが開発した純粋なSiC (シリコンカーバイド) 方式のDC/DC部品設計により、最大200Kのスイッチング周波数と最大96% の効率が実現され、これを必要とするメーカーにとって参考になります。
バスバーは電力供給の効率と安全性の両方を向上させます
エネルギー貯蔵システムの電力伝送に関して言えば、バスバーとは、送配電システムの配電盤、配電箱、変電所などにおいて、同じ電圧の線路を接続するために使用される導電性の銅線またはアルミ線を指します。Amphenone IPCは、業界をリードするエンジニアリング、設計、製造の専門知識を備えた、エネルギー貯蔵システムの電力技術分野における世界的リーダーの1つです。
Amphenole IPCのバスバーは、顧客の仕様を満たすかそれを超えるようにカスタム設計されています。Amphenole IPCは、幅広いアプリケーション、材料、プロセスに関する専門知識を有しており、適切なソリューションをお客様に提供することを保証します。
アルミニウム、銅、積層、プリント基板、フレキシブルアルミニウム、フレキシブル銅などの配電バスバーは、主に低電圧および中電圧のDCに使用され、インダクタンスは通常それほど重要な役割を果たしません。高温ラミネート、標準ラミネート、スタック、インテリジェント ラミネートなどの電力変換バスバーは、中～高AC電圧および低インダクタンスのアプリケーション向けに設計されています。
バスバーは金属線に比べて安価で、大量購入にも有利です。組み立て、取り扱い、テストの改善により信頼性が向上し、メンテナンスが軽減されます。また、電気的および機械的特性（特にパッケージング）が向上し、熱管理が強化されたため、エネルギー貯蔵システム アプリケーションでの電力伝送に最適です。
PowerLugは配線の安全性と利便性を向上します
コネクタはバスバー接続においても重要な役割を果たしており、PowerLugは電力分配ユニット (PDU) の電源配線を再設計するために使用できます。PowerLugは、新しいエネルギー貯蔵コネクタとして、エネルギー貯蔵装置の前面と背面の接続用のプラグ可能なソリューションとして知られており、16個の圧着接続と6個のボルト接続をわずか4個のPowerLugに削減し、動作温度を20℃下げます。° C.
Phoenix ContactのPowerLugコネクタを使用すると、ネジを締める必要がなくなります。PowerLugコネクタを使用したバッテリー接続は直接差し込むことができ、バスバー接続やバッテリー コネクタに適しており、最大1,500 Vのアプリケーション用のエネルギー貯蔵システムを迅速かつ安全かつコスト効率よく設置できます。プラグ可能なインターフェースを使用することで、配線の手間が75% 削減され、迅速な設置が可能になり、プラグが差し込まれていないときでも包括的なタッチ保護が提供されます。安全な設置とメンテナンス、および挿入時の明確なフィードバックにより、最高レベルの安全で耐久性のある接続が保証されます。
デバイスとPowerLugケーブル コネクタには極性反転保護機能が付いているため、エネルギー貯蔵システムに最適です。回転可能な設計、タッチ保護、および機械的なコーディングを備えたコネクタにより、バッテリー端子の接続において最大限の柔軟性と安全性が実現します。360度回転が可能なので、フレキシブルなケーブル出口に最適です。° バッテリー接続を機械的にコーディングすることで、極性反転を防ぎ、挿入ミスを回避し、挿入されていないときでもバッテリー端子との接触を防ぎ、設置の安全性を向上させます。
PowerLugには、バッテリー極を簡単に識別できるようにさまざまなカラー バージョンが用意されています。柔軟な設置方法、さまざまなデバイス接続テクノロジー、モジュール設計により、ますます多様な現在のアプリケーションで使用できるようになります。統合インターフェースを備えたプラグイン システムにより、設置時に配線する必要がなくなります。PowerLugには、安全で信頼性が高く効率的な接続に必要な、ストレージ システムで使用するために最適化された特殊な接続テクノロジが搭載されています。