電動自転車やキャンピングカーで完璧に動作するBMS（バッテリー管理システム）でも、フォークリフトでは故障する可能性があります。これはBMS自体の性能が悪いからではなく、フォークリフトの稼働サイクルが、一般的なリチウムイオン電池の用途では決して経験しないような過酷な要求を課すためです。連続的な高電流、回生ブレーキによる過大な負荷、24時間体制の複数シフト運転、そしてトラックの制御システムとの統合といった要素が、バッテリー管理システムを、ほとんどの汎用設計では想定されていない領域へと押し進めてしまうのです。

そのため、フォークリフト用リチウムイオンバッテリーシステムは、一般的な低電力リチウムイオンバッテリーシステムとは異なるBMSアーキテクチャを必要とするのが一般的です。このガイドでは、フォークリフトのデューティサイクルが特殊な理由と、それらのエンジニアリング上の要求がどのように具体的なBMS要件に反映されるかを解説します。

フォークリフトのデューティサイクルが他と異なる点とは？

フォークリフトの操作には8つの特性があり、それぞれがBMS（ビルディングマネジメントシステム）に特有の要求を生み出します。これらの特性を総合すると、フォークリフトには汎用産業用ボードを流用するのではなく、専用のアーキテクチャが必要な理由が分かります。

汎用BMSを破綻させる3つの要求

1持続電流、ピーク電流ではない

フォークリフトは1シフト平均で150Aの電流を消費するが、リフト始動時にはさらに高い電流を消費する必要がある。平均電流に合わせてBMSのサイズを決めるのは間違いだ。平均電流に近い定格のボードでは、持続的な負荷がかかると過熱し、定格が低下する。フォークリフトのBMSは、持続的な高電流に対応できる余裕を持ったサイズにする必要があり、筐体は1シフトを通して発生する熱を適切に放散できなければならない。

2マルチコントローラ統合

最新のリチウムイオンバッテリー搭載フォークリフトでは、BMS（バッテリー管理システム）がモーションコントローラー、ディスプレイ、充電器、またはテレマティクスユニットに接続される場合があります。BMSがこれらの複数の機器と同時に独立して通信する必要がある場合、追加の通信チャネルを使用することで、アーキテクチャを簡素化し、単一の共有インターフェース上でのプロトコル多重化の複雑さを軽減できます。必要なチャネル数はシステム設計によって異なります。多くのフォークリフトでは、CANをプライマリバスとして使用し、UARTをサービスまたはディスプレイに使用しています。

3シフト間の熱安定性

複数シフト制の運用では、バッテリーパックがサイクル間で完全に冷却されることはほとんどありません。機会充電と組み合わせることで、熱保護だけでなく、熱管理が重要な要件となります。BMSは温度を継続的に監視する必要があり、ハードウェアは連続負荷下でも熱を効率的に放散できるように設計されていなければなりません。

これらの要求がBMSアーキテクチャにどのように反映されるか

フォークリフトの要求が明確になれば、アーキテクチャもそれに合わせて構築されます。実際には、フォークリフトの積載量は広範囲にわたるため、フォークリフトBMSラインは通常、電流と使用状況に応じて階層化されます。

軽度から中等度200～400Aフォークリフト

クラス III のウォークキー、狭通路ピッカー、オーダーピッカー、および軽量のクラス I トラックは、200 ～ 400 A の連続電流範囲に該当します。DALY は、Mini-Red AM (200 A) および AS (250/300/400 A) でこれをカバーしています。セル ドリフトが懸念される高稼働の複数シフトのフリート向けには、アクティブ バランス バリアント TM (200 A) / TS (250～400 A) が 1000 mA のアクティブ バランシングを提供します。サービス中のバランス性能は、システム構成 (パック サイズ、セルの一貫性、温度範囲、SOC ウィンドウ) に依存するため、特定の構成のデータは、要求に応じてエンジニアリング チームから入手できます。AM/AS は UART x2 を提供し、TM/TS は UART x1 を提供します。すべてに RS485 と CAN が含まれています。

重い400～800Aクラスのフォークリフトおよび建設機械

クラス I のカウンターバランス トラックから重建設機械まで、高い連続電流が要求されます。DALY の D シリーズは、このティア向けに設計されています。400 ～ 800 A の連続定格範囲、24V ～ 96V + をカバーする 8/15/16/26/30/32 S LFP、モーター コントローラー、ディスプレイ、充電器/テレマティクスを接続するための UART x3 + RS485 + CAN。連続電流定格は、熱条件、気流、および筐体設計に依存するため、特定の設置で使用可能な定格は、展開の冷却と周囲温度に対してエンジニアリング チームと確認する必要があります。産業用筐体は、持続的な重負荷と産業振動に必要なヒートシンク容量と機械的補強を提供します。並列電流制限は 2A です。

電圧と構成範囲

フォークリフトシステムは、クラスや地域によって幅広い電圧範囲に対応しています。

フォークリフトBMS選定におけるよくあるアーキテクチャ上のミス

• 平均荷重に対するサイズ選定であり、持続荷重に対するサイズ選定ではない。— 委員会は実際の勤務中に勤務時間を減額する
• マルチサブシステム統合にシングルUART BMSを使用するコントローラ、ディスプレイ、テレマティクス間でのプロトコル多重化は障害発生箇所を生み出す。
• 回生ブレーキを後付けで扱う双方向電流は設計段階で考慮されるべきであり、想定されるべきではない。
• 機会課金のバランス調整ニーズを無視する高周波の部分充電はセルドリフトを引き起こし、パッシブバランシングでは対応できない可能性がある。

よくある質問

Q11つのBMSファミリーで、クラスIIIの歩行型車両とクラスIの大型トラックの両方をカバーできますか？

はい、2層構造のアーキテクチャを採用しています。Mini-Red AM/ASは200～400A（クラスIIIの歩行型電源から軽量のクラスI電源まで）に対応し、Dシリーズは400～800A（高負荷のクラスIカウンターバランス電源から建設機械まで）に対応します。これにより、メーカーは1つのBMSファミリーから幅広いニーズに対応できます。

Q2大型フォークリフト用BMSは、なぜ標準的なボードよりもはるかに重いのでしょうか？

Dシリーズは、標準基板よりも大きな筐体を採用しています。これは、高電流を連続的に流すには放熱のために大きなヒートシンク容量が必要であり、また、重工業用途では振動や衝撃に対する機械的な補強が必要となるためです。このサイズは、用途に応じた熱設計と構造設計を反映したものであるため、それ自体が目標ではありません。選定にあたって重要なのは、設置場所における熱性能と振動性能であり、これについてはエンジニアリングチームが詳細をご説明いたします。

Q3リチウムイオン電池搭載のフォークリフトにはCAN通信が必要ですか？

ほとんどの最新型フォークリフトでは、はい。BMSはモーションコントローラ、そして多くの場合ディスプレイや充電器にステータスを報告します。複数のサブシステムを備えた大型トラックでは、複数のチャネル（DシリーズはUART×3、RS485、CANを提供）を利用することで、1つのインターフェースを複数のシステムにまたがって多重化するのを避けることができます。

Q4リチウムフォークリフト用バッテリーに関連する認証にはどのようなものがありますか？

標準規格への準拠には、CE、RoHS、FCC、EACが含まれます。UL 2580やEN 1175などの産業用トラック安全規格は、バッテリー管理システム（BMS）単体ではなく、バッテリーシステム全体または車両全体を認証します。これらの規格を対象とするOEMプロジェクト向けに、DALYはパックレベルでのサポート文書とエンジニアリング協力を提供します。対象市場における具体的な要件については、エンジニアリングチームにご確認ください。

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。Rシリーズ製品はUL規格に適合するように設計されており、エネルギー貯蔵ラインはコンポーネントレベルでUL認証を取得しています。フォークリフトやマテリアルハンドリング用途向けには、DALYのMini-RedおよびDシリーズが、単一の製品ファミリーで200Aから800Aまでをカバーしています。

フォークリフト用バッテリーシステムの設計または改造をお考えですか？

リチウムイオンバッテリーを搭載したフォークリフト用バッテリーパックを開発する場合、または鉛蓄電池からリチウムイオンバッテリーに切り替えたい場合は、DALYのエンジニアリングチームが、連続電流、通信チャネル、バランス戦略、熱設計など、お客様の使用サイクルに合わせてBMSアーキテクチャを最適化するお手伝いをいたします。

• フォークリフトのクラス、システム電圧、持続電流、および統合に関するニーズを共有してください。
• メール:dalybms@dalyelec.com

高電流BMS製品ページ：https://www.dalybms.com/high-current-bms-products/