MPF4279xシリーズによる正確な充電状態の判断 (パートII)
はじめに
バッテリ管理システム (BMS) の設計で、設計者は、バッテリの充電状態 (SoC) の正確な推定値を獲得する場合に課題に直面する場合があります。SoCはバッテリの容量に対する充電レベルです。
本稿は、SoCの推定について説明する2部構成シリーズの2番目の記事です。パートIでは、SoC推定でのバッテリ条件の複雑なアプリケーションと、SoC推定の1つの方法について説明しました。パートIIでは、SoCを推定し、MPF4279xシリーズを導入するためのその他の方法について説明します。
SoCアルゴリズムの概要
SoCを計算するには、開回路電圧 (OCV)、アンペア時間の積分、および電圧 - 電流ハイブリッド方式の3つの方法があります。このシリーズのパートIではOCV法について説明しました。本稿では残りの2つの方法について説明します。
アンペア時間積分法
従来のSoC推定アプローチでは、通常、アンペア時間積分法が使用されます。これは、電流積分法またはクーロンカウント法としても知られています。バッテリの充電および放電プロセス中に、バッテリに出入りする電荷の量を累積することでSoCを推定します。充電プロセス中にバッテリに入るすべての電荷は、バッテリに残ります。一方、放電プロセス中に流出する電力は、SoCを低下させます。
現在のSoC (SoCNOW) は、式 (1) で計算できます。
$$SoC_{NOW} =SoC_{PAST} - (I_{NOW} \times\ Δt) / Q_{MAX}$$ここで、SoCPASTは、 最新のSoC推定値で、INOWはリアルタイム電流、tは時間、QMAXは最大容量です。この式では、プラスの電流が放電に使用され、マイナスの電流が充電に使用されています。
OCV法と比較して、アンペア時間積分法はより正確です。ただし、この方法では、アルゴリズムは、バッテリの内部状態のすべての変化を無視して、バッテリに出入りする電荷を記録するだけです。異なるバッテリモデルでは、バッテリのSoC、温度、サイクル履歴にも依存する、さまざまな自己放電率を有するため、正確な自己放電モデルでは、正確な誤差をもつデータの収集にかなりの時間が必要になります。
さらに、電流測定は不正確である場合があり、その結果、継続的なキャリブレーションを必要とするSoC推定の誤差が累積される可能性があります。バッテリが長期間使用されていない場合、または放電電流にバラツキがある場合は、推定に追加の誤差があるかもしれません。
電圧 - 電流ハイブリッドアルゴリズム
OCV法は実際の動作条件では実用的ではなく、アンペア時間積分法ではSoC推定の誤差を効果的に排除できません。時間の経過で、設計者がこれらの方法の1つだけを使用してSoCを正確に測定することがより難しくなる可能性があります。
これらの従来のアプローチの欠点を軽減するために、SoCを予測するOCVメソッドを他のメソッドと組み合わせることができます。電圧 - 電流ハイブリッドモデルは、OCVとアンペア時間積分法の両方を利用します。
MPSは、この方法の洗練されたバージョンを実装し、2つの変数 (温度と内部抵抗) を追跡して、実際の値の2％以内でSoCを正確に測定します。この方法は、バッテリのOCVだけでなく、等価直列抵抗と拡散もモデル化します。図1にこの方法を示します。
図1 : 電圧 - 電流ハイブリッド法
MPF4279xシリーズによるバッテリ管理
MPF4279xシリーズ (MPF42791、MPF42797、MPF42790、MPF42792とMPF42795) は、電池残量計ソリューションのファミリで、OCVとアンペア時間積分法の利点を組み合わせてSoCを正確に予測します。これらの高度な電池残量計チップは、システムのマイクロコントローラ (MCU) を利用してバッテリパックの測定値を提供し、あらゆるタイプのアナログフロントエンド (AFE) と組み合わせることができます。このファミリの特徴のいくつかを以下に示します。
- 多様なリチウム電池を含む最大16セルの電池をサポート可能
- 各バッテリのSoCを計算して、バッテリ全体のフル充電状態と空状態をより正確に予測
- コンピューティング要件を満たすことができる外部MCUを提供
- 電力を表示する、5つの外部LEDを備えたシンプルで設計が容易な周辺回路をサポート (MPF42790とMPF42795専用)
図2は、 MPF42790の機能ブロック図を示します。
図2 : MPF42790機能ブロック図
表1は、これら5つのソリューションを比較しています。
表1 : MPF4279xシリーズ
| MPF42790 | MPF42791 | MPF42792 | MPF42795 | MPF42797 | |
| LEDレベル? | あり | なし | なし | あり | なし |
| バッテリパックセル | 2〜16 | 2〜16 | 2〜16 | 2〜10 | 2〜10 |
| 公称バッテリパック電圧 | 7.4V〜60V | 7.2V〜57.6V | 7.4V〜60V | 7.4V〜37V | 7.4V〜37V |
結論
バッテリベースのアプリケーションの需要が高まるにつれ、効果的なバッテリ管理には正確なSoC推定が不可欠です。本稿では、SoCを推定する際の一般的な課題について説明し、新しいファミリであるMPF4279xシリーズを使用して電圧 - 電流ハイブリッド方式について拡張説明しました。電池残量計は、幅広いアプリケーション向けに設計されています。より多くの充電ソリューション用バッテリ管理ソリューションは、MPSの堅牢な製品ラインナップをご覧ください。
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