のコンセプトセルバランスおそらくほとんどの人にとって馴染みのある話でしょう。これは主に、現在のセルの一貫性が十分ではないことが原因であり、バランス調整によってこの点が改善されます。この世に全く同じ葉っぱが二つ見つからないように、全く同じセルも二つ見つかりません。つまり、バランス調整とは、セルの欠点を補うための手段なのです。
セルの不一致を示す側面は何ですか?
主な要素は4つあります。SOC（充電状態）、内部抵抗、自己放電電流、そして容量です。しかし、バランス調整ではこれら4つの不一致を完全に解消することはできません。バランス調整はSOCの差を補正することしかできず、自己放電の不一致も同時に解消します。しかし、内部抵抗と容量に関しては、バランス調整は無力です。
セルの不一致はどのように発生しますか?
主な理由は2つあります。1つはセルの製造・加工に起因するばらつき、もう1つはセルの使用環境に起因するばらつきです。製造ばらつきは加工技術や材料といった要因から生じ、非常に複雑な問題を簡略化したものです。環境ばらつきは、パック内の各セルの位置が異なり、わずかな温度変化などの環境差が生じるため、より理解しやすいものです。時間の経過とともに、これらの差が蓄積され、セルのばらつきが発生します。
バランス調整はどのように機能しますか?
前述の通り、セルバランスはセル間のSOC（充電状態）の差をなくすために使用されます。理想的には、各セルのSOCを一定に保ち、すべてのセルが同時に充放電の上限電圧と下限電圧に達することで、バッテリーパックの使用可能容量を増加させます。SOCの差が生じるシナリオは2つあります。1つはセル容量は同じだがSOCが異なる場合、もう1つはセル容量とSOCの両方が異なる場合です。
最初のシナリオ（下図の左端）は、容量は同じだがSOCが異なるセルを示しています。SOCが最も低いセルが最初に放電限界に達し（下限をSOCの25%と仮定）、SOCが最も高いセルが最初に充電限界に達します。バランス調整により、すべてのセルは充電中および放電中に同じSOCを維持します。
2つ目のシナリオ（下図の左から2番目）は、容量とSOCが異なるセルを使用する場合です。ここでは、容量が最も小さいセルが最初に充放電されます。バランス調整により、すべてのセルは充放電中もSOCを一定に保ちます。
バランスの重要性
バランス調整は電流セルにとって非常に重要な機能です。バランス調整には2つの種類があります。アクティブバランシングそしてパッシブバランシングパッシブバランシングは放電に抵抗器を用いますが、アクティブバランシングはセル間の電荷の流れを扱います。これらの用語については議論がありますが、ここでは詳しく説明しません。実際にはパッシブバランシングの方が一般的に使用され、アクティブバランシングはあまり一般的ではありません。
BMSのバランス電流の決定
パッシブバランスの場合、バランス電流はどのように決定すればよいでしょうか？理想的には、できるだけ大きくする必要がありますが、コスト、放熱、スペースなどの要素を考慮して妥協する必要があります。
バランス電流を選択する前に、SOCの差がシナリオ1によるものかシナリオ2によるものかを理解することが大切です。多くの場合、シナリオ1に近いです。セルは最初はほぼ同じ容量とSOCで動作しますが、使用していくうちに、特に自己放電の違いにより、各セルのSOCは徐々に異なってきます。したがって、バランス調整能力は少なくとも自己放電の違いの影響を排除する必要があります。
すべてのセルの自己放電電流が同じであれば、バランス調整は不要です。しかし、自己放電電流に差がある場合はSOCに差が生じ、これを補正するためにバランス調整が必要になります。さらに、自己放電は毎日継続するため、1日あたりの平均バランス調整時間は限られているため、時間的な要素も考慮する必要があります。
投稿日時: 2024年7月5日
