BMSの障害について

バッテリー管理システム (BMS) は、バッテリーの健全性を維持し、パフォーマンスを最適化し、寿命を延ばすなど、あらゆるバッテリー駆動デバイスにおいて重要な役割を果たします。ただし、BMSのような複雑なシステムでも障害が発生する可能性があります。これらの内訳を調査し、そこから重要な教訓を学ぶことで、貴重な洞察が得られ、BMSテクノロジーを継続的に強化し、進歩させる上で極めて重要な役割を果たすことができます。

BMSの障害について議論する場合、通常はBMSが主要な機能を適切に実行できず、バッテリーの過充電や充電不足、最適ではないパフォーマンス、または最も深刻な場合にはデバイスの誤動作やバッテリー障害などの問題が発生する事例について取り上げます。欠陥のあるアルゴリズム、不適切な設計、不正確な安全機構、不適切な設計、誤った設定など、さまざまな原因で障害が発生し、深刻な後遺症を残す可能性があります。

複数のセクタで、BMSのさまざまな障害の発生率とその結果が記録されます。バッテリー爆発によるSamsung Galaxy Note 7のリコールやバッテリー火災によるボーイング787ドリームライナーの運航停止などが、注目すべき例の一部です。これらの例は、成功し信頼性の高いBMSの重要性を強調していますが、多大な経済的損失とブランドの評判への損害につながる可能性があります。

しかし、すべての障害は、改善と教育の機会をもたらします。これらの例を分析することで、BMSの開発と使用に関するベストプラクティスが、一般的な障害モードと改善の機会とともに特定されます。次のセクションでは、BMS障害のよく知られた2つの事例を調査し、各事例から重要な結論を導き出します。

ボーイング787ドリームライナー

バッテリー問題の概要

航空会社の巨大企業による大胆な試みであるボーイング787ドリームライナーは、その独創的なデザインに加え、バッテリーの問題による全機体の運航停止により、2013年にメディアの注目を集めました。バッテリー管理システム (BMS) によって管理される高エネルギーのリチウムイオン電池が、ドリームライナーの電源でした。機内での火災と煙は、これらのバッテリーに関連する2つの異なる事象によって引き起こされ、安全上の懸念を引き起こしました。

リチウムイオン電池の問題は、温度上昇によって環境が変化し、さらなる温度上昇を引き起こし、破壊的なサイクルが始まる現象である熱暴走に関連していることが判明しました。

障害におけるBMSの役割の分析

このケースにおけるBMSの機能を検討した結果、BMSには熱暴走を引き起こす状況を認識または阻止するために必要なツールが欠けていることが明らかになりました。物理的な損傷、過充電、過熱、またはその他の要因により、リチウムイオン電池が不安定になり、BMSが適切に反応しなくなる可能性があります。さらに、BMSは、熱暴走の発生を阻止できるかもしれない機能である、問題のあるセルをバッテリーパックの残りの部分から切り離すことができなかったことが判りました。

教訓と実施した変更

この悲劇的な出来事を受けて、BMSの設計と安全手順が再評価されました。特に高エネルギーのリチウムイオン電池を扱う場合には、BMSにさらなる安全対策が必要であることが認識されました。さらに、BMSが熱暴走の早期警告指標を認識し、壊滅的な障害を回避するために適切な措置を講じることができることがいかに重要であるかが強調されました。

ボーイング社はこれらの出来事を受けてバッテリーシステムを全面的に再設計しました。セル間の絶縁性の向上、操作およびテスト方法の増加、セル品質の向上はすべて、修復された設計の特徴です。万が一セルが故障した場合でも、その影響が限定され、今後の航空機の安全な運航能力に影響が及ばないようにするために、新しい筺体も構築されました。この出来事は、バッテリー駆動システムの安全な機能の保証においてBMSが果たす重要な役割とBMSの設計と実装における細部への継続的な注意と予防措置の必要性を強く思い起こさせるものとなりました。

Samsung Galaxy Note 7

バッテリー問題の概要

最近よく知られているもう一つのバッテリー故障の事例は、Samsung Galaxy Note 7のケースです。このスマートフォンは2016年の発売直後に発火事故が多数発生し、世界中でリコールが行われ、最終的には製造中止になりました。Samsungは、2つの異なるベンダーのバッテリーに2つの異なる問題を発見した後、バッテリーの故障が主な原因であると判断しました。外装が小さすぎるためにバッテリー内で短絡が発生し、これが問題の一つになりました。もう1つのケースでは、製造上の欠陥によって内部短絡が発生したことが判明しました。

失敗におけるBMSの役割の分析

主な問題はバッテリーの設計と製造に関係していたにもかかわらず、BMSはこれらの障害において重要な役割を果たしました。これらのバッテリーの問題を引き起こした過充電、急速放電、高温動作環境は、Samsung Galaxy Note 7のBMS阻止できませんでした。BMSの設計で、こうした厳しい動作環境が十分に考慮されていなかった可能性があります。

学んだ教訓と実施した変更

Note 7の出来事はモバイル業界に大きな変化をもたらしました。Samsungを含む多くのメーカーがBMSの設計を更新し、厳しいバッテリーテスト手順を導入しました。このような状況のため、さまざまな不利な条件に耐え、壊滅的な障害を回避できる信頼性の高いBMSが不可欠です。

Samsungは、この事件の後、厳格なテスト、徹底した検査、再設計された安全対策を含む8項目のバッテリー安全性チェック法を作成しました。さらに、熱膨張スペースなどの物理的な制限はバッテリーの安全な機能にとって重要であるため、BMSに加えて物理的なデバイス設計を考慮することがいかに重要であるかを、変更によって強調しました。

これらの出来事は、バッテリー設計における安全性に対する総合的なアプローチが極めて重要であることを強調しています。これには、堅牢なバッテリー管理システム (BMS) の実装、物理的な設計上の制限への細心の注意、さまざまな条件での厳格なテストが含まれます。

一般的な分析と教訓

BMS障害の共通要因

大型航空機から小型スマートフォンまで、さまざまな機器の重大なBMS障害を検査すると、多くの共通要因が明らかになります。過充電、過熱、急速放電などの極端な状態を適切に管理するBMSの無力さは、最も重要な問題の1つです。多くの場合、バッテリー管理システム (BMS) はこれらの状況を回避または処理することができず、バッテリーの故障につながることが判明しました。

もう一つの一般的な要因は、バッテリーの設計と製造における欠陥に関係しています。Samsung Galaxy Note 7の熱膨張のためのスペースが限られていることや、ボーイング 787ドリームライナーのバッテリーに異物が見つかったことなどは、理想的な設計と製造方法の重要性を浮き彫りにするいくつかの問題です。

BMSの障害では、物理的条件と環境条件が重要な役割を果たします。たとえば、Samsung Galaxy Note 7のバッテリーは薄型スマートフォンの設計において厳しい物理的制限に直面し、一方、ボーイング787ドリームライナーのバッテリーは航空機の高高度および低圧環境による特有の課題に直面しました。

BMSの設計と実装に関する改善と推奨事項

これらの共通要因を考慮しながら、BMSの設計と展開に関して複数の進歩と推奨事項を展開できます。

まず、さまざまな困難な状況を効果的に管理するために、BMSを設計する必要があります。これには、急速放電を処理し、熱を効果的に放散し、過充電を回避し、急速放電を管理する技術が必要です。たとえば、より正確なセンシングを実践することでバッテリーシステムの安全性を高め、二次保護回路などの多層安全プロトコルを導入することができます。

第二に、さまざまな状況において、BMSを厳密にテストすることが重要です。これは、機器がその寿命中に直面する可能性のある現実的な状況を再現するのに役立ちます。これにより、さまざまな設計および製造上の欠陥が明らかになり、障害が軽減される可能性があります。

最後に、BMS設計は、完全なデバイス設計プロセスにシームレスに統合される必要があります。BMSの設計および選択プロセスでは、放熱の必要性、デバイスの物理的制約、特定の機能環境などの要素を考慮する必要があります。最初から、BMSシステムは本質的に設計の中心的な部分です。

要約すると、BMSシステムは、障害による深刻な結果と多大なコストが発生した後でも、貴重な教訓を提供します。これらのインシデントを徹底的に調査することで、より優れた、より安全なシステムが開発され続け、バッテリー駆動デバイスの信頼性と安全性が向上します。