エネルギー貯蔵システムにアクティブバランスが必要な場合（そしてパッシブバランスで十分な場合）

日常的なサイクリングの問題 パッシブバランスは、

家庭用電動自転車のバッテリーパックは、1日に1回程度、場合によってはそれ以下の頻度でしか使用されません。電動工具も短時間ずつ使用されます。一般的なリチウムイオン電池の用途では、バッテリーパックは十分な休止時間を確保でき、セル間のわずかな不均衡もバックグラウンドでゆっくりと補正されます。受動的なバランス調整（通常、充電完了時に最も容量の大きいセルに約100mAの電流を流す）は、このような使用状況においては全く問題なく機能します。

エネルギー貯蔵は異なります。太陽光発電と連携した家庭用バッテリーは、毎年毎日深く充放電を繰り返します。一方、商用蓄電システムは1日に複数回充放電を行う場合があります。数千回の充放電サイクルを経て、セル間のわずかな違い（製造公差、経年劣化、16セルパック全体の温度勾配など）が蓄積され、測定可能な電圧ドリフトが発生します。パックは均一なセル列ではなくなり、最も弱いセルと同様の挙動を示すようになります。パック全体の容量は低下し、不均衡が拡大し、最終的にはBMSが最も弱いセルを保護するために早期に遮断せざるを得なくなり、使用可能な容量が無駄になってしまいます。

これは、エネルギー貯蔵システムの購入者がアクティブバランシングへと移行する要因となる故障モードです。問題は、アクティブバランシングが一般的に優れているかどうかではなく、プロジェクトの稼働サイクルがパッシブバランシングでは対応できないほど過酷かどうかです。

100mAパッシブバランシングの実際の動作（そしてESSにおける欠点）

パッシブバランシングは、最初に満充電に達したセルから余剰エネルギーをシャント抵抗器の両端で発生する少量の熱として燃焼させることで機能します。一般的な100mAのパッシブバランシング電流は、軽負荷用途で蓄積されるドリフトを処理するのに十分ですが、ストレージにとって重要な2つの構造的制限があります。

• それは充電の最上部でのみ作用する。パッシブシステムでは、セルがバランス調整の閾値（通常は高いSOC）に達するまで、セル間の電圧を均一化できません。完全充電がほとんど行われない部分的な蓄電動作では、パッシブバランスが機能する機会が少なくなります。
• その速度は、日々蓄積される可能性のあるドリフト量に比べて小さい。ESSの稼働サイクルによっては、100mAの受動的なバランス調整システム（充電開始時の限られた時間帯にのみ適用される）では補正できないほど速く不均衡が蓄積されるため、その差は縮まるどころか、数ヶ月かけて拡大する可能性がある。

デューティサイクルが浅いアプリケーションの場合、パッシブバランシングはデューティサイクルによく適合し、コストも最小限に抑えられます。ESS特有の問題は、デューティサイクルが高い場合に、ドリフト率と補正率が一致しないことです。

アクティブ・バランシングがもたらすもの（そして真の価値はどこにあるのか）

アクティブバランシングは、エネルギーを熱として放出するのではなく、高電圧セルから低電圧セルへ（通常は誘導性または容量性の伝達回路を介して）エネルギーを伝達することによって機能します。これにより、2つの実用的な結果が得られます。

• より高いバランス電流。パッシブバランスが約100mAであるのに対し、ストレージBMSにおける専用のアクティブバランスは通常1A程度であり、補正速度が桁違いに速い。
• より幅広いSOC範囲で動作可能で、これは充電開始時だけでなく、保管時にも当てはまります。保管時にはバッテリーパックの充電状態が100%になることは稀だからです。

ESSプロジェクトにおける最終的な成果は、セル電圧のドリフトを、蓄積速度により近い速度で補正できる点です。アクティブバランシングにより、パックは耐用期間を通じてより均一なストリング状態を維持でき、最も弱いセルによって使用可能な容量が無駄になる可能性を低減できます。ただし、留意すべき点として、運用中のバランシング性能は、システム全体の他の要素（初期段階でのパックとセルのマッチング、ストリング全体の熱分布、SOCウィンドウのどの段階でバランシングが動作可能かなど）に依存します。特定のパック構成におけるバランシングデータは、データシートのみから推測するのではなく、エンジニアリングチームに確認する必要があります。

パッシブバランス調整で十分な場合（過剰なスペック設定は避ける）

アクティブバランシングはデフォルトのアップグレードではありません。多くの用途において、パッシブバランシングこそが​​真の解決策です。

• 作動頻度の低い軽負荷バックアップシステム
• 主にスタンバイとして動作し、ディープサイクル動作がほとんどない通信用UPSパック
• プロジェクトの経済性から見て、追加のBMSコストが正当化されない小規模な消費者向け蓄電システム
• 初期許容誤差が厳しく、ドリフトがゆっくりと蓄積される、よく適合したセル

これらの用途でアクティブバランシングを指定すると、それに見合うだけのメリットが得られないままコストが増加します。優れたサプライヤーであれば、パッシブバランシングがプロジェクトに最適なソリューションであることを教えてくれます。一方、デューティサイクルとの明確な技術的根拠もなく、あらゆるプロジェクトでアクティブバランシングを推奨するサプライヤーは要注意です。

ストレージプロジェクトでアクティブバランシングを指定する価値があるのはどのような場合か

エネルギー貯蔵においてアクティブモードに傾くデューティサイクル条件は、かなり具体的です。プロジェクトがこれらの条件のいくつかに該当する場合は、アクティブバランシングを明記する価値があります。

• 毎日ディープサイクリングを行う。毎日、そして長年にわたって相当量の放電を行う太陽光発電連動型蓄電システムは、定期的な充電ピーク時のバランス調整では補正できないほど速く、ドリフトを蓄積していく。
• 複数年にわたる耐用年数が期待されます。システムの稼働期間が長くなるほど、アクティブバランシングによって保護できる累積的なドリフトの量は増えます。
• より大きなパック構成。16Sストリングは8Sストリングよりもドリフトが発生する箇所が多くなります。これは、直列接続されたセルの数が多いほど、ストリング全体にわたってセル間のばらつきが生じる可能性が高くなるためです。48V（15～16S）以上のストレージパックは、より高速な補正による恩恵をより大きく受けます。
• 並列パックアーキテクチャ。アクティブバランシングは、各パック内のセルレベルで動作します。並列パック間の均等化は行いませんが、各パックが内部の一貫性を維持するのに役立ち、複数のパックがバンク内で連携して動作する際に、より予測可能な動作をサポートします。
• 部分サイクル運転。ストレージプロファイルでバッテリーパックをフル充電することがほとんどない場合（ピークカット、自己消費最適化など）、パッシブバランシングがフル充電ウィンドウに依存していることが大きな制約となります。

クイックセレクションリファレンス

要約すると、アクティブバランシングとパッシブバランシングは、一般的なアプリケーションにおいて以下のように対応します。これは見積依頼の出発点として捉え、お客様固有のデューティサイクルとの照合の代わりとして利用しないでください。

この表はあくまでも参考値です。アプリケーションラベルに記載されている数値だけでなく、実際の使用サイクルプロファイルに基づいて指定してください。

DALY Active Balancing for Storage Applications

アクティブバランシングが最適な仕様となるプロジェクト向けに、DALYの第4世代エネルギー貯蔵BMSシリーズは、アクティブバランシング機能を標準搭載しています。LKシリーズは、標準的な家庭用蓄電構成向けに1Aのアクティブバランシングを提供し、LM-Bシリーズは、より高電流かつ大容量のシステム向けに2Aのアクティブバランシングを提供します。どちらのシリーズも、8～16SのLFPバッテリーと、家庭用および小規模商業用蓄電で一般的な並列パック構成をサポートしており、時間の経過とともに規模が拡大するプロジェクト向けに、最大16パックの並列接続（ネットワークあたり約160kWh）に対​​応します。

RFQ前の話し合いで留意すべき2つの重要な点があります。1つ目は、展開時のバランス調整性能は前述のようにシステム全体の構成に依存すること、2つ目は、バランス調整トリガーロジック、SOCウィンドウ、パックセルマッチングガイダンスなどの具体的な構成データは、データシートから推測できるものではなく、エンジニアリングチームがプロジェクトごとに検討していくものであるということです。

よくある質問

Q11Aのアクティブバランシングは、100mAのパッシブバランシングよりも常に優れているのでしょうか？

必ずしもそうとは限りません。何がより良いかは、バッテリーパックのデューティサイクルによって決まります。ドリフトがゆっくりと蓄積されるアプリケーション（軽負荷バックアップ、浅いサイクル）では、100mAのパッシブ補正が問題に合致し、コストも最小限に抑えられます。一方、ドリフトが100mAでは補正できないほど速く蓄積されるアプリケーション（保管中の毎日の深いサイクル）では、1Aのアクティブ補正の方が問題に合致しています。バランス調整方法は、デューティサイクルに合わせて選択してください。逆ではありません。

Q2アクティブバランシングはサイクル寿命を延ばすのか？

サイクル寿命はセル自体の特性であり、バランス調整によって決まるものではありません。アクティブバランス調整は、個々のセルが安全動作範囲から外れてしまうリスクを低減することで、パック全体の定格寿命の達成を支援します。寿命の上限はセルによって決まりますが、バランス調整を行うことで、最も弱いセルによって制限されることなく、その上限に近づくことができます。お客様の構成における具体的な寿命データについては、エンジニアリングチームとのプロジェクトレベルでの協議が必要です。

Q3自分のプロジェクトにアクティブ制御が必要なのか、パッシブ制御が必要なのかが分からない場合、どうすれば良いでしょうか？

サプライヤーには、デューティサイクルプロファイル（1日のサイクル深度、年間予想サイクル数、目標耐用年数、パックサイズ、システムが定期的にフル充電されるかどうか）を提供してください。価格の高いオプションを安易に選択するのではなく、これらの情報に基づいて仕様を策定するサプライヤーこそ、真剣に検討すべき相手です。デューティサイクルに結びついた仕様の根拠が得られない場合は、見積依頼書（RFQ）を送付する前に、そのデータを入手する必要があります。

DALYについて

DALYは、OEM、パックメーカー、インテグレーター向けにリチウムイオン電池管理システムを設計・製造しており、その製品は130カ国以上で使用されています。2015年に設立されたDALYは、ISO 9001/ISO 14001システムに準拠し、CEおよびRoHS指令にも適合しています。エネルギー貯蔵製品ラインはUL認定コンポーネントのステータスを取得しており（完全なULシステム認証ではありません。この違いは北米のプロジェクトにとって重要です）、パックレベルまたはシステムレベルでのシステムレベル認証をサポートするドキュメントを提供しています。

ストレージプロジェクトにアクティブバランシングを指定しますか？

太陽光発電蓄電システム、家庭用バッテリー、または小規模商業用ESSプロジェクトの構想段階で、適切なバランス調整方法を指定したい場合は、DALYのエンジニアリングチームがお客様の稼働サイクルを精査し、それに合ったBMS（バッテリー管理システム）のアプローチをご提案いたします。

• 使用サイクルを共有してください：1日の使用深度、期待される耐用年数、パックサイズ、並列構成
• 第4世代LK/LM-Bの仕様書を請求する
• メール:dalybms@dalyelec.com

アクティブバランシング製品ページ：https://www.dalybms.com/active-balancing-products/