最新のバッテリーテクノロジーでは、「バッテリーバランス」という用語にしばしば遭遇します。しかし、それはどういう意味ですか？根本原因は、製造プロセスとバッテリーで使用される材料にあり、バッテリーパック内の個々のセル間の違いにつながります。これらの違いは、温度や湿度など、バッテリーが動作する環境の影響も受けます。これらの変動は通常、バッテリー電圧の違いとして現れます。さらに、電極からの活性材料の剥離とプレート間の電位差により、バッテリーは自然に自己流出を発生します。製造プロセスの違いにより、自己排水率はバッテリー間で異なる場合があります。
これを例で説明しましょう。バッテリーパックでは、1つのセルが他のセルよりも高い充電状態（SOC）を持っているとします。充電プロセス中、このセルは最初にフル充電に達し、まだ完全に充電されていない残りのセルを、時期尚早に充電を停止します。逆に、1つの細胞に低いSOCがある場合、排出中に排出カットオフ電圧に到達し、他の細胞が貯蔵されたエネルギーを完全に放出するのを防ぎます。
これは、バッテリーセル間の違いを無視できないことを示しています。この理解に基づいて、バッテリーバランスの必要性が生じます。バッテリーバランスのテクノロジーは、バッテリーパックの全体的なパフォーマンスを最適化し、寿命を延ばすために、技術的な介入を通じて個々のセル間の違いを最小限に抑えるか排除することを目的としています。バッテリーのバランスがとれて、バッテリーパックの全体的な効率が向上するだけでなく、バッテリーのサービス寿命も大幅に拡大します。したがって、バッテリーバランスの本質と重要性を理解することは、エネルギー利用を最適化するために重要です。
定義： バッテリーバランスとは、特定の手法と方法を使用して、バッテリーパック内の個々のセルが一貫した電圧、容量、および動作条件を維持することを意味します。このプロセスは、バッテリーのパフォーマンスを最適化し、技術的な介入を通じて寿命を最大化することを目的としています。
重要性： まず、バッテリーバランスはバッテリーパック全体のパフォーマンスを大幅に向上させることができます。バランスをとることにより、個々の細胞の劣化によって引き起こされる性能の劣化を回避できます。第二に、バランスをとるのは、セル間の電圧と容量の違いを減らし、内部抵抗を下げることにより、バッテリーパックの寿命を延長するのに役立ち、バッテリーの寿命を効果的に延長します。最後に、安全性の観点から見ると、バッテリーのバランスを実装すると、個々の細胞の過充電または過剰充電を防ぎ、熱暴走などの潜在的な安全リスクを減らすことができます。
バッテリーの設計： 個々のセル間の性能の矛盾に対処するために、主要なバッテリーメーカーは、バッテリーの設計、アセンブリ、材料選択、生産プロセス制御、メンテナンスなどの分野で継続的に革新と最適化を行います。これらの取り組みには、セル設計の改善、パック設計の最適化、プロセス制御の強化、原材料の厳密な選択、生産監視の強化、貯蔵条件の改善が含まれます。
BMS（バッテリー監視システム） バランス機能： 個々のセル間のエネルギー分布を調整することにより、BMSは不整合を減らし、バッテリーパックの使用可能な容量と寿命を増加させます。 BMSでバランスをとるには、パッシブバランスとアクティブバランスの2つの主な方法があります。
エネルギー散逸のバランスとも呼ばれるパッシブバランスは、熱の形でより高い電圧または容量を持つ細胞から過剰なエネルギーを放出することにより機能し、他の細胞と一致する電圧と能力を低下させます。このプロセスは、主に個々のセルに接続された並列抵抗器に依存して、過剰なエネルギーをシャントします。
セルの電荷が他の電荷よりも高い場合、過剰なエネルギーは平行抵抗器を介して消散し、他の細胞とのバランスをとります。そのシンプルさと低コストのため、パッシブバランスはさまざまなバッテリーシステムで広く使用されています。ただし、エネルギーが効果的に利用されるのではなく、熱として放散されるため、重大なエネルギー損失の欠点があります。エンジニアは通常、バランス電流を低レベル（約100mA）に制限します。構造を簡素化するために、バランスプロセスはコレクションプロセスと同じワイヤーハーネスを共有し、2つは交互に動作します。この設計により、システムの複雑さとコストが削減されますが、バランスの効率が低下し、顕著な結果を達成するための時間が長くなります。パッシブバランスには、固定シャント抵抗と切り替えシャント抵抗の2つの主要なタイプがあります。前者は、過充電を防ぐために固定シャントを接続しますが、後者は過剰なエネルギーを消費するためにスイッチングを正確に制御します。
一方、アクティブバランスは、より効率的なエネルギー管理方法です。過剰なエネルギーを消散させる代わりに、インダクタ、コンデンサ、トランスなどのコンポーネントを組み込んだ特別に設計された回路を使用して、より高い容量の細胞からエネルギーをより低い容量の人々に伝達します。これは、セル間の電圧のバランスをとるだけでなく、全体的なエネルギー利用率を増加させます。
たとえば、充電中に、セルがその上の電圧制限に達すると、BMSはアクティブなバランスメカニズムをアクティブにします。比較的低い容量の細胞を識別し、慎重に設計されたバランサー回路を介して高電圧セルからこれらの低電圧セルにエネルギーを伝達します。このプロセスは正確かつ効率的であり、バッテリーパックのパフォーマンスを大幅に向上させます。
パッシブバランスとアクティブバランスの両方が、バッテリーパックの使用可能な容量を増やし、寿命を延ばし、システム全体の効率を改善する上で重要な役割を果たします。
受動的でアクティブなバランスをとる技術を比較すると、設計哲学と実行が大きく異なることが明らかになります。アクティブバランスには通常、複雑なアルゴリズムが含まれて伝達するエネルギーの正確な量を計算しますが、パッシブバランスは、過剰なエネルギーを消散するためのスイッチ操作のタイミングを正確に制御することに依存します。
バランスプロセス全体を通して、システムは各セルのパラメーターの変更を継続的に監視し、バランス操作が効果的であるだけでなく安全であることを確認します。セル間の違いが事前定義された許容範囲内に収まると、システムはバランス操作を終了します。
適切なバランス方法を慎重に選択し、バランスの速度と程度を厳密に制御し、バランスプロセス中に生成される熱を効果的に管理することにより、バッテリーパックの性能と寿命を大幅に改善できます。
