アクティブ型とパッシブ型のBMSバランス：48V/51.2Vリチウム鉄ホスフェート（LiFePO4）家庭用バッテリーに適しているのはどちらですか？

48Vまたは51.2VのLiFePO4バッテリーは、複数のセルが直列に接続された構造となっています。セルが丁寧にマッチングされていても、容量、内部抵抗、自己放電、温度のわずかな違いが時間とともに生じることがあります。繰り返し充放電を行うと、これらの違いがより目立つようになることがあります。

他のセルよりも一つのセルが上昇または下限電圧に達した場合、BMSはそのセルを保護するために充電または放電を停止する必要がある場合があります。その結果、使用可能な容量が減少し、バッテリーの性能が一貫性なくなります。

これは、BMSセルバランスがリチウム鉄ホスフェート電池において重要な機能である理由です。2つの一般的なアプローチがあります。パッシブおよびアクティブなバランス。 受動的なバランスは、高電圧セルから余分なエネルギーを除去しますが、アクティブなバランスは、高電圧セルから低電圧セルにエネルギーを移します。

では、これらにはどのような違いがあり、48V/51.2Vのスタック可能な家庭用バッテリーに適したアプローチはどちらでしょうか。

なぜLiFePO4バッテリーにはセルバランスが必要なのか?

リチウム鉄ホスフェート（LiFePO4）バッテリーパックは、個々のセルが比較的一定な電圧と充電状態（SOC）の範囲内にあるときに最も効果的に動作します。

ただし、細胞は完全に同一ではない。細胞の不均衡は次の理由で発生する可能性がある：</p>

• 小さな製造および容量の違い

• 内部抵抗の違い

• 温度の違い

• 異なる自己放電率

• 長期的な劣化とサイクル

16セルのLiFePO4構成を考えてください。充電中に、他のセルよりも一つのセルが上記の電圧限界に達する場合があります。その場合、BMSはそのセルを保護するために充電を制限または停止する必要がありますが、残りのセルがより多くのエネルギーを受け入れることができる場合でもです。

放出時にも同じ原理が適用されます。1つの弱いセルがまず下限電圧に達すると、他のセルに使用可能なエネルギーがまだあるにもかかわらず、BMSが負荷を切断する場合があります。</p>

したがって、バッテリーの使用可能な容量は、その名目上のAhレートだけでない、最も不均衡なセルによって制限されることがある.

セルバランスはこれらの違いを軽減し、バッテリーの充電および放電サイクルにおいてセルがより一貫して動作することを可能にします。

パッシブBMSバランスはどのように動作するのでしょうか？

パッシブBMSのバランスは、セルのバランスを修正する比較的単純なアプローチです。BMSが、あるセルの電圧が他のセルよりも高いことを検出すると、そのセルに接続された抵抗器が動作します。余分な電気エネルギーは熱として放出されます。

基本的なプロセスは：

高電圧のセル → 抵抗ネットワーク → 熱

パッシブバランスは一般的に比較的低い電流レベルで動作し、通常は50～200 mA程度であり、BMSの設計に応じて異なる。

リチウム鉄リン酸バッテリーの場合、パッシブバランスは一般的に充電プロセスの上部付近に集中します。電圧ベースのバランスしきい値を使用する構造では、セルが約3.45V/セルを超過したときにバランス機能がアクティブになることがあります。

受動的なバランスの利点

パッシブバランスは以下の通りです：

• シンプルな回路アーキテクチャ

• 下位コンポーネントのコスト

• 直感的なコントロール

• 適切な細胞に高い適合性

• 小さなバッテリーパックやコストに敏感なバッテリーパック向けの実用的な性能

パッシブバランスの制限

その主な制限は、余分なエネルギーが別のセルによって回収されるのではなく熱に変換されるためです。比較的低いバランス電流のため、大きなセルの違いを修正するのに時間がかかることがあります。

セルがよくマッチしており、相対的に小さな偏差があるバッテリーの場合、このアプローチは十分であることがあります。しかし、高容量でモジュール式のエネルギー貯蔵システムでは、よりパワフルなバランス戦略が役立つ場合があります。

アクティブBMSバランスはどのように動作するのですか？

アクティブBMSバランスは根本的に異なるアプローチを採用しています。余分なエネルギーを放出する代わりに、高い電圧のセルから低い電圧のセルへエネルギーを転送します。

基本的なプロセスは：

高電圧セル → エネルギー転送回路 → 低電圧セル

に応じてBMSアーキテクチャ、アクティブバランスは、容量性、誘導性、トランスフォーマーをベースにした、または他の双方向エネルギー移動回路を使用することができます。

エネルギーが単に散逸されるのではなく移動されるため、アクティブバランシングは従来のパッシブバランシングよりも著しく高い電流レベルで動作できます。高度な構造では、バランシング電流はアンペア範囲に達することがあります。

アクティブバランスは、特定のBMS設計および制御戦略に応じて、充電および放電の両方で動作することもできます。

アクティブバランスの利点

アクティブバランスは次のようになります：

• より高いバランスの電流

• 細胞の不均衡の修正が速い

• バランス時のエネルギー損失を低減

• 抵抗によるバランスと比較して、発熱が少ない

• 高容量バッテリーシステムに適したより良い適合性

• モジュール型およびスタック可能なESSアプリケーションのより高い可能性

アクティブバランシングの制限

追加のエネルギー転送回路および制御ロジックにより、アクティブバランスはパッシブバランスよりも複雑になります。これにより部品数、エンジニアリング要件、システムコストが増加する可能性があります。

したがって、アクティブバランスはすべてのバッテリーにおいて自動的に優れているわけではありません。バッテリーキャパシティ、サイクル頻度、システムのスケーラビリティ、および使用可能エネルギーの要件が、追加のBMS機能を正当化するとき、その価値はより重要になります。</p>

アクティブとパッシブBMSバランス：主な違い

パラメータのバランス	パッシブBMSバランス	アクティブBMSバランス（ACEスマートBMS）
現在のバランス	50 mA～200 mA	1 A～5 A（双方向）
エネルギー損失 / ヒート	余剰なエネルギーを熱に変換します	エネルギー転送効率 >90%
アクティブトレガーフェーズ	充電終了状態のみ (>3.45V/セル)	連続（充電、放電、アイドル）
ターゲットアプリケーション	単体の48Vパックまたは軽い負荷	マルチモジュール並列スタック（最大15ユニット以上）

*実際のバランス電流、トリガ条件、動作フェーズ、および効率は、特定のBMSアーキテクチャ、バッテリモデル、およびシステム構成に依存します。

根本的な違いは単純です: パッシブバランスは余分なエネルギーを除去し、アクティブバランスはセル間でエネルギーを再分配します.

なぜBMSバランスがスタック可能48V/51.2V家庭用バッテリーにおいて重要なのか？

BMSのバランス調整は、住宅用バッテリーがモジュール式で積み重ね可能なエネルギー貯蔵システムとして設計される場合、ますます重要になります。

スタック可能なバッテリーは、複数のモジュールが一緒に動作して、合計ストレージ容量を増やすことができます。システム容量とモジュール数が増えるにつれて、個々のセルを単にバランスさせるよりも、一貫した動作を維持することがより重要になります。</p>

適切なBMSは調整が必要かもしれません:

• セルレベルの電圧バランス

• SOCモニタリング

• 温度監視

• モジュール通信

• 現在の共有

• 故障検出と保護

例えば、バッテリーモジュール内の1つのセルが著しくアンバランスになると、そのモジュールは予期せず電圧限界に達する可能性があります。マルチモジュールシステムでは、モジュール間の違いが、全体のバッテリーシステムが利用可能なエネルギーをどれだけ効率的に使うかにさらに影響を与えることがあります。

これにより、BMSのバランス調整はより広範なシステムアーキテクチャの一部となります。 バランス回路、モニタリング機能、制御アルゴリズム、およびモジュール通信は、システムが拡大する際もバッテリーの整合性を維持するために連携して動作すべきです。

リーディングバッテリーオムエスは、積み重ね可能な家庭用バッテリーのBMSバランスをどのように設計していますか？

すべてのに対して単一のBMSバランスアーキテクチャは存在しません。住宅用バッテリー. 主要なバッテリーOEMは、セル構成、バッテリー容量、サイクル要件、コスト目標、およびシステムのスケーラビリティに応じて、パッシブ、アクティブ、またはハイブリッドバランスを使用することがあります。

ハイブリッドアーキテクチャは2つのアプローチを組み合わせることができます。パッシブバランスは、抵抗性エネルギー消費を通じて小さなセルの偏差を処理することができ、アクティブバランスは、高速または高電流補正が必要なときにセル間でエネルギーを転送することができます。

このアプローチは、積み重ね可能な家庭用バッテリーにおいて特に重要になります。複数のモジュールが並列に接続されるため、セルの一貫性を保つことが全体のシステムにおいて、バランスの取れていないセルやモジュールが容量のボトルネックとなることを防ぐためにますます重要になります。</p>

特定のバランス電流、トリガ条件、動作範囲およびサポートされるモジュールの数は、バランス方法にのみ基づいて評価されるのではなく、バッテリーメーカーの実際のBMSアーキテクチャに基づいて評価されるべきである。

ACEバッテリーのスマートBMSがスタック可能ホームエネルギー貯蔵をサポートしています

ACEバッテリーは、モジュラーレジデンシャルエネルギー貯蔵のためのスマートBMSアーキテクチャにアクティブバランスを統合する方法の具体的な例を提供しています。

ACEの 48V/51.2V 100Ahおよび200Ah対応の家庭用バッテリーパックマルチモジュールシステム全体での一貫した動作をサポートするように設計されたスマートBMSアルゴリズムを統合します。

1. 1–5 A バイダイレクショナルアクティブバランス

ACE Smart BMSは、1–5 Aの双方向アクティブバランスを使用して、高い電圧のセルから低い電圧のセルへエネルギーを動的に移動させます。抵抗ネットワークを通じて余剰エネルギーを熱に変換するパッシブバランスとは異なり、アクティブバランスはセル間でエネルギーを再配分します。</p>

ACEは、該当するスマートBMS構成においてエネルギー転送効率が90％以上であることを規定しています。より高いバランス能力は、セルの修正を高速化し、バランス処理中のエネルギー損失を抑えるために設計されています。

アクティブバランス戦略は、適用可能なACE BMS構成に応じて、充電、放電、およびアイドル状態において継続的に動作できます。

2. SOCとACIR/DCIRを用いたインテリジェントなセルモニタリング

バランスはセル電圧だけに基づくものではありません。ACE Smart BMSのアルゴリズムは、SOCおよびACIR/DCIRを含む内部抵抗パラメータを継続的に追跡し、他のバッテリー動作データと併せて処理します。

これにより、BMSはセル間の違いをより包括的に評価し、実際のバッテリー状態に応じたバランスを適用できるようになります。

3. セル間電圧の整合性の維持

ACEのスタック可能住宅用バッテリーアーキテクチャにおいて、スマートBMSは定義された動作条件下でセル間電圧変動を15mV以下に維持するように設計されています。

低電圧変動を維持することで、他のセルよりもはるかに異なる電圧を持つセルが、残りのセルよりも先に電圧保護限界に達する可能性を減らすことができ、それによりバッテリーパックの使用可能な容量が制限されることが防げる。

4. マルチモジュール並列システム向けに設計されました

ACE Smart BMSは、マルチモジュール並列接続可能な家庭用バッテリーアプリケーション向けに設計されており、15台以上の並列ユニットをサポートするアーキテクチャが適用されます。

特定の並列マルチラック家庭用エネルギー貯蔵構成において、ACEの知的バランスアプローチは増加させることができます最大で8％の使用可能なバッテリー容量、セルのマッチング、運用条件、システム構成に応じて異なります。

アクティブバランス、SOCおよびACIR/DCIRモニタリング、そして知能あるBMSアルゴリズムが統合されることで、住宅用バッテリーシステムの拡大に伴い、セルの整合性を維持するシステムレベルのアプローチを提供します。</p>

アクティブ型とパッシブ型BMSバランスの違いはどのように選ぶべきですか？

正しい選択は、バッテリーの用途に依存するものであり、バランス方法だけでは決まらない。</p>

バッテリー/アプリケーション	適切なアプローチ
小さな、コストに敏感なバッテリー	パッシブは十分かもしれません
小さな偏差がある対等なセル	パッシブは十分かもしれません
低頻度のサイクリング	パッシブは十分かもしれません
48V/51.2V リゾーティリアル ESS	アクティブまたはアドバンスドハイブリッドBMS
毎日の自転車用の家の中の保管	アクティブがより魅力的になります
スタック可能なバッテリーシステム	アクティブまたは高度なBMS
より大きな並列構成	アクティブまたは高度なBMS

バッテリーを評価する際には、考慮してください セルの品質、容量、サイクル頻度、バランス電流、熱管理、BMSモニタリング、およびシステム拡張性.

単なる高いバランス電流だけでは、より良いバッテリーを保証するものではありません。全体的なBMSアーキテクチャの効果性も同様に重要です。

結論

パッシブバランスは、多くの従来型のリチウム鉄ホスフェートバッテリーにおいて実用的な解決策のままですが、アクティブバランスは高容量およびモジュール式システムにおいてより高いエネルギー転送能力を提供します。

48V/51.2Vスタック可能な家庭用バッテリーにおいて、最適なアプローチは、バランス、セルモニタリング、SOC推定、内部抵抗の追跡、システム拡張性を含む、全体のBMSアーキテクチャを評価することです。ACE BatteryのスマートBMSは、アクティブバランスがこれらの機能と統合され、高利用率の住宅用エネルギー貯蔵をサポートできる方法を示しています。