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ESS向けバッテリ管理システムソリューションの開発

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はじめに

経済を活性化し、日々のニーズを満たすには、信頼できる手頃な価格のエネルギー源が必要です。これらのエネルギー源なしでは、経済成長と開発は失速します。外国からのエネルギー源への依存は、地理的紛争に対する脆弱性にもつながる可能性があります。気候変動に関する継続的な懸念があるため、エネルギーの安全性の確保は、エネルギー効率の向上と低炭素エネルギー源への移行の取り組みなど、環境にも影響を与えます。

エネルギーの安全性を実現するには、あらゆる可能性のあるエネルギー発生源と効率を活用する必要があります。電気は、保存されたエネルギーの一般的な形態です。化石燃料から電力消費への最近の移行により、貯蔵システムが重要な構成要素である電気エネルギーへの関心が高まっています。

エネルギー貯蔵システム (ESS)

エネルギー貯蔵システム (ESS) は、バッテリーから電気エネルギーを提供して、配電網などの主要な電源を補完します。エネルギー貯蔵庫として、ESSは一次電源が利用可能なときに充電され、電源が不足したときに放電されます。

風力発電や太陽光発電などの新しいエネルギー発生源を活用するには、これらのエネルギー源の利用可能性が需要とは無関係であることを認識する必要があります。必要に応じて電気出力を増加させる発電所とは異なり、これらの新しいエネルギー発生源は、利用可能な時に電気エネルギーを提供します。ESSは、電気エネルギーを収集して供給するための安定化装置として機能します。

エネルギー貯蔵の需要は、発電所、送電所、産業用地、電気自動車の充電ステーション、および個々の家庭など、エネルギー供給システムのあらゆるレベルで爆発的に増加しています。さまざまなレベルのエネルギー供給システムにより、信頼性の高い一貫したエネルギーの利用可能性が保証されます。

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ESSのバッテリー管理システム (BMS)

ESSのバッテリー管理システム (BMS)は、バッテリーの状態をリアルタイムでモニタし、エネルギー貯蔵システムの重要な機能である高エネルギーバッテリーセルの大規模なコレクションを注意深く管理します。BMSは、各セルを正確に測定し、各セルの状態をモニタし、システムの正確な情報を生成する必要があります。これにより、ESSは安全性、信頼性、容量、および長寿命を実現できます。

MPSのBMSエネルギー貯蔵ソリューション

MPSは、家庭用および大規模なエネルギー貯蔵、データセンター、通信基地局など、さまざまな高電圧および低電圧のエネルギー貯蔵アプリケーション向けの高性能BMSソリューションを提供します。本稿では、MP2797を使用したエネルギー貯蔵の3つの重要な利益である、アナログフロントエンド (AFE) モニタリングおよび保護ソリューション、およびMPF4279x 電池残量計シリーズを備えたBMSソリューションを紹介します。図1にMP2797バッテリー管理デバイスを示します。

図1 : MP2797 バッテリー管理デバイス

正確な測定

バッテリーモニタリングの精度は、エネルギー貯蔵システムのパフォーマンスを最適化するために重要です。これには、各セルのリアルタイムで高精度の電圧、電流、温度データが含まれ、システムは各セルの充電状態 (SOC) と健康状態 (SOH) を評価できます。

MP2797は、各バッテリーセルの電圧、充放電電流、および温度をそれぞれ高精度で測定できる2つの独立したアナログデジタルコンバータ (ADC) を統合することにより、精度を保証します。各セルの電圧と電流 (VI) 電流も同期して測定され、電圧・電流ハイブリッドアルゴリズムを介してMPF4279x電池残量計シリーズで利用できます。このモデルは、ESSバッテリーの残りのSOCとSOHを正確に推定します。

正確な予測機能により、エネルギー貯蔵バッテリーの延長されたランタイムを最大化します。ESSが停電またはエネルギー調停に必要であるかどうかにかかわらず、実行時間はバッテリーモニタリングの精度を最大化するための重要なパラメータです。

図2は、バッテリーの電圧と電流の誤差測定の曲線を示しています。

図2 : バッテリー電圧と電流の誤差測定曲線

電池残量計アルゴリズム

残量計のアルゴリズムはESSを駆動します。ただし、正確なアルゴリズムを開発するには、電気化学、物理学、電気および電子工学、ファームウェア開発、データサイエンスの専門知識が必要なため困難です。残量計アルゴリズムを設計するためのコストと時間の投資と比較して、MPSは低リスク、低コスト、市場投入までの時間の短いBMSソリューションを提供します。

MP2797は、正確なバッテリー測定、バランシング、モニタ、保護、および制御を提供します。MPF42791は、ピーク電力を提供し、バッテリーのインピーダンスを計算し、バッテリーの劣化を評価し、バッテリーのサイクル寿命とリアルタイムの出力能力を正確に推定します。MP2797とMPF42791を組み合わせたソリューションは、SOCアルゴリズムを個別に開発するという複雑なプロセスから設計者を解放すると同時に、すぐれた精度を提供します (図3参照)。

図3 : MP2797とMPF42791によるBMSソリューション

MPSは、外部デバイスに効率的な電源ソリューションを提供できる同期ステップダウンコンバータである、MP4581も提供します。MP276xx高速信号アイソレータシリーズと組み合わせると、複数のICを積み重ねて、チャネル数の多いアプリケーションに対応できます。

バッテリーの安全性

エネルギー貯蔵バッテリーは適切に管理しないと危険をもたらす可能性があるため、バッテリーの安全性は非常に重要です。MP2797には、正確な電圧、電流、および温度測定に基づいて危険な状態をシステムに警告するなど、包括的な安全機能が含まれています。MP2797はハイサイド (HS) 充電および放電FETドライバを統合しているため、バッテリー充電 / 放電を直接無効にすることができます。HSドライバアーキテクチャにより、マイクロコントローラユニット (MCU) を使用した通信が保証され、保護がトリガーされ、データ損失を回避します。

図4は、 MP2797の代表的なアプリケーション回路です。

図4 : MP2797の代表的なアプリケーション回路

結論

エネルギー貯蔵は、電力システムを発展させるだけでなく、カーボンピークに達し、カーボンニュートラルを実現するという目標にも不可欠です。エネルギー貯蔵の高まる需要を満たすためには、設計者は、バッテリーのモニタリング精度、電池残量計アルゴリズムの開発、バッテリーの安全性の確保など、BMSの制限に取り組まねばなりません。MPSは、 MP2797をMPF4279x残量計シリーズと組み合わせて使い、効果的なバッテリー管理ソリューションを提供し、エネルギー貯蔵を高め、BMSの課題を克服します。

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