Ⅴ．電池制御編
目 次
1. バッテリーコントローラ
1）電池コントロールICと監視IC （東芝の例）
2）セルコントローラ
3）セルバランス
4）B787リチウムイオン電池の問題
2. ジャンクションボックス
3. 高容量遮断リレー
1）Panasonic製の性能
2）Omron製の性能
4. EVヒューズ
1）ヒューズの遮断特性
2）ヒューズの選択
1. バッテリーコントローラ
バッテリ制御システムは、バッテリ電圧の残量管理、バッテリ充放電制御を行います。バッテリセル監視ICが、各セル電圧モニタリングとバランス制御を行い、バッテリ制御用MCU がバッテリ電圧残量管理・制御を行います。
1）電池コントロールICと監視IC （東芝の例）
¬ 大容量二次電池向けに電池監視IC「B9141FG」と32ビットマイコン「TMPM358FDTFG」
¬ EVやHEVの大容量二次電池を構成する数十～100個以上の各電池セルの電圧を監視するとともに、容量の均一化を図るセルバランスなどの機能を実現するICである。
¬ 両ICに搭載した故障検出機能や、ソフトウェアライブラリを用いれば、自動車向けの機能安全規格ISO 26262に準拠した大容量二次電池の監視システムを容易に構築できる。
¬ 電池監視ICのTB9141FGは、96Vという高い耐圧プロセスを採用することにより、最大で16個直列に接続した電池セルの電圧を、各セル個別に計測する機能を備えている。例えば、48個の電池セルを用いる大容量二次電池の場合、TB9141FGは3個、96個の場合６個のICで全ての電池セルの電圧を監視できる。
2）セルコントローラ
¬ 車載電池監視システムの概要
モータを駆動するインバータ電源として、数十～百個程度のリチウムイオン電池セルが直列に接続される。電池の相電圧は数十～数百Vに達するため、単体のICで全ての電池セルを監視することは出来ない。この為6～16個程度の電池セルを1個の電池監視ICで監視する構成が用いられる。
¬ 電池監視ICに求められる機能
① セル電圧測定機能 電池の残量を検出するため、また過電圧や低電圧などの異常状態を検出するため、個別電池セルの電圧を測定する。
② セル温度測定機能 電池の異常発熱を検出するため、電池の放電曲線は温度依存性が有るので電池の残量検出のため、電池セル温度を測定する。
③ セルバランス機能 複数の電池セルが直列に接続されているため、電池セルのリーク電流の偏りや電池監視IC自体の消費電流の偏りによって、ここの電池セルに偏りが発生する。これを解消するのがセルバランス機能。
セルバランスにはアクティブタイプとパッシブタイプがある。
アクティブタイプは、トランスやコンデンサを使って残量の多いセルから少ないセルに移動させる。
パッシブタイプは抵抗とスイッチを使用して残量の多い電池セルを放電させ少ないセル残量に合わせる。
エネルギ効率の観点からはアクティブタイプが有利だがコストの面からパッシブタイプが主流にでしたが、現在はアクティブタイプが主流です。
3）セルバランス
パッシブ方式では、容量が小さい電池セルが満充電になった後も、残りのセルが満充電になるまで小さいセルへの充電電流を抵抗器を介して熱として捨てている。また、放電時には、容量の小さいセルが過放電にならないように、電力がまだ残っている状態で放電を停止するように制御している。結果として、容量の小さいセルが基準になっている。
アクティブ方式は、パッシブ方式で熱として捨てていた充電電流を、満充電に達していない残りのセルの充電に使うことができる。放電時も、他のセルから電力を移せるので、電力を最後まで使い切ることが出来る。つまり、パッシブ方式の代わりにアクティブ方式を採用すれば、電池パックの実効的な容量を高められる。更にパッシブ方式で起こる容量の小さいセルに集中する充放電時の電気化学的な負荷が防げる。
¬ リニアテクノロジのアクティブ方式の回路と評価ボード
セルバランスに用いる電流の入出力回路は、二巻線トランスやFETなどの外付け部品を使った双方向同期方式のフライバックトポロジーで実現している。1個のICで6個のセル監視が出来る。(2013年3月）
4）B787のリチウムイオンバッテリの問題
これは、次回独立してUP致します。
日本の報告書が出てすぐ検証した物です。
以上です。