絶縁型バッテリーマネジメントシステム（BMS）

HVバッテリースタック

実際的な理由から、電気自動車のバッテリーをいくつかの個別のバッテリーパックに配置し、各バッテリーパックに6～24個のセルを含めるのが最善です。より小さいサイズのパックを使用することで、一般的な電気自動車に収まる不規則なサイズの電気自動車バッテリーエンクロージャー内の利用可能なスペースを最大限に活用できます。また、バッテリーパックを使用することで、並列/直列の組み合わせをより自由に選択し、異なるトラクションモータードライバー用に異なる電圧/電流プロファイルを作成することができます。さらに、1つのセルが故障した場合でも、多くのバッテリーパックのうち1つにのみ影響し、電気自動車のバッテリーは依然として機能します。

セルバランシング

セルの電圧とエネルギー容量はセル間でわずかに異なるため、バッテリーを充電する際にすべてのセルを単純にデイジーチェーン接続すると、完全に充電されたセルとまだ充電が必要なセルとの間に不均衡が生じます。過充電されたセルは過熱し、セルやバッテリーパックを損傷する可能性があります。最悪の場合、バッテリーパックが発火することがあります。このような状況を避けるために、セル監視ICを用いて充電（および放電）プロファイルを個別に監視し、制御することで、すべてのセルが不足電圧、過電圧、過熱状態によって損傷することなく、全容量を使用できるようにします。充電プロセス中、完全に充電された個々のセルをバイパスして、スタック内の他のセルが充電を続けられるようにすることができます。このバランシングプロセスは、すべてのセルが均等に完全に充電されるまで続きます。放電中も、同じバランス回路によってすべてのセルが均等に放電されることが保証されます。

バッテリーマネジメントシステム

電気自動車のバッテリーパックは、必要とされるEVバッテリー電圧を形成するために積み重ねられ、通信バス（通常、自動車業界で広く使われているCANバス）を通じて中央バッテリーマネジメントシステム（BMS）と通信します。BMSは、全体の充電および放電のプロファイルを監視し、HVスタックの充電状態（SoC）と健全性状態（SoH）を計算します。また、各パックの電流、電圧、温度も監視し、安全な動作を保証します。HVバッテリーのセルの数が増えると、収集や処理が必要なデータ量も増加しますが、システムループ時間の要件は一定です。CANバスは、高データレート（最大25Mbps）と低伝播遅延（100～50ns）で動作する必要があります。

安全絶縁

すべてのEVには、緊急時にHVバッテリーを切断するための機械的安全スイッチまたはコンタクタが必要です。スイッチがバッテリーの高電圧出力と直列に配置される場合、故障時に火災を引き起こすのに十分な電流がスタック内のバッテリーパック間に流れることがあるため、通常はスタックの中央に配置されます。この特殊な配置（図1）は全体の安全性を最大化しますが、データバス接続を介して電流が安全スイッチをバイパスできないように、絶縁された通信ラインが必要になります。

絶縁型DC/DCコンバータ/a>を使用してフォールトトレランスを高める

セルバランシングICの多くには、内部電圧レギュレータが組み込まれています。この内部電圧レギュレータはバッテリー電圧を利用してICとデータ通信ポートの絶縁側に電力を供給しますが、BMSコントローラーは非絶縁側に電力を供給します（図1の赤の線）。

しかし、多数のバッテリーパックを並列/直列に配置した高電圧バッテリースタックでは、絶縁型CANバストランシーバを使用して各バッテリーストリング通信バスを個別に絶縁することで、システムの信頼性が向上します。この場合、絶縁型CANバス側にも絶縁された電源が必要です（図2）。


RECOMは、絶縁型バストランシーバアプリケーション向けに特別に設計されたR05CTE05S絶縁型5V-5Vモジュールを提供しています。コンパクトな16 SOIC SMDパッケージで、-40°C～+125°Cの温度範囲において1Wの電力を供給するため、バッテリーコンパートメント内への取り付けに最適です。絶縁グレードは3kVDC/1minで、これは800V以上のバッテリースタック電圧でも容易に使用できることを意味します。電気自動車バッテリーメーカーは常に製品の改良に取り組んでいますが、未来の新しいEVバッテリー技術の開発にも対応できます。システムのフォールトトレランスを向上させるため、出力は連続的な短絡、過電流、および過熱から保護されています。低電圧ロックアウト機能は、電源電圧が3.3Vを超えた場合にのみコンバータが起動することを意味し、BMSシステムの電源投入シーケンス中のデータ破損の問題を回避します。

絶縁型DC/DCコンバータによるコスト削減

DC/DCコンバータを内蔵した絶縁型CANバストランシーバも入手可能ですが、非絶縁型のもの より高価であり、サプライヤーの選択も限られています。より柔軟で、多くの場合全体的に安価な代替手段は、デジタルアイソレータおよびDC/DCコンバータモジュールを備えた非絶縁型トランシーバを使用して、絶縁型CANバスインターフェイスを構築することです（図3）。このソリューションではより多くのコンポーネントが使用されますが、サプライヤーの選択肢が広がり、総所有コスト（TCO）を低くすることができます。

電気自動車の所有者からよく聞かれる質問は、「電気自動車のバッテリーはどのくらい持続しますか？」というものです。電気自動車用のバッテリーマネジメントシステムの最も重要な機能の1つは、個々のセルを流れる充電と放電の電流のバランスをとり、欠陥セルをバイパスし、プラグイン電気自動車のバッテリーパックが誤って過充電されたり、壊滅的な深放電に陥ったりしないようにすることで、バッテリーパックの寿命を延ばすことです。過熱や温度不足もバッテリーの寿命に重大な影響を与える可能性があるため、バッテリーの適切な熱管理のためにサーミスタが各電気自動車のバッテリーパックに組み込まれています。しかし、電気自動車のバッテリーとバッテリーマネジメントシステム間の継続的かつ信頼性の高い通信がなければ、保護は保証されません。そのため、RECOMのRxxCTxx製品の絶縁は、経時絶縁破壊（TDDB）試験を受け、600年を超える絶縁寿命が予測されています。