はじめに
なぜBMSはリチウム電池の仕様でよく使われる用語なのか？
スペックシートには「BMS搭載」と、まるで名誉のバッジのように書かれている。リチウム・バッテリーがシステムの心臓だとすれば、BMSはその脳幹だ。ただ受動的にそこに座っているのではなく、生存を左右するのだ。率直に言って、バッテリー管理システムの役割を認めずにリチウム・バッテリーを語ることは不可能になっている。現在では、どのOEMもパッケージにBMSを表示しているが、それはマーケティング上の宣伝文句であることもあれば、安全性を約束するものであることもある。
なぜバッテリーの安全性と制御システムを求める人が増えているのか？
私たちは火傷を負ったからだ。文字通り。2010年代初頭のテスラ・モデルSの火災から、高層ビルでの電子バイク用バッテリーのメルトダウンに至るまで、人々はもはやナイーブではなくなっている。自宅のガレージや、もっとひどい場合はベッドの下にあるものが、1000度の化学実験にならないことを保証してほしいのだ。消費者はより賢くなり、今やDIYソーラー愛好家から車両管理者に至るまで、誰もが自分たちの投資を保護するものについて掘り下げている。BMSは単なる流行語ではなく、イノベーションと大惨事を隔てるファイアウォールなのだ。
BMSなしで何がうまくいかないのか？
話をしよう。2017年、ヨハネスブルグ郊外。私たちは農村部の学校向けにソーラー・インバータとリチウムのコンボを稼働させていた。ある設置業者は、48VパックのBMSを省略することでコストを削減しようと考えた。その3週間後？電圧ドリフトが致命的な不均衡を引き起こし、熱現象につながりました。私たちは幸運で、ケーシングが溶けただけでした。中に子供がいたかもしれない。
BMSがなければ、ブレーキも燃料計もチェックエンジンランプもない車を運転することになる。何かが故障する。唯一の問題は、それがいつなのか、そしてどの程度なのかということだ。
バッテリー管理システム（BMS）とは？
BMSの基本的な定義とは？
バッテリー・マネジメント・システムは、充電式バッテリーの性能を監視・管理する電子制御ユニットです。セル電圧の追跡、充放電サイクルの調整、温度のチェックなどだ。しかし、私はこれをバッテリーの免疫システムのように考えたい。症状が現れる前に問題を発見し、脅威を隔離し、その過程で自らを殺すことなく身体の回復を助けるのだ。
BMSはハードウェア・デバイスなのか、ソフトウェア・システムなのか、あるいはその両方なのか？
その両方が重要なのだ。ハードウェアがセンシングと保護（電圧タップ、サーミスタ、シャント抵抗）を行い、ソフトウェアがすべてのデータを解釈して決定を下す。安いパック？通常、基本的なカットオフを備えたハードワイヤード・ロジックです。高級システム？CANバス通信を備えた組み込みプロセッサーと、無線で進化するファームウェアだ。ミネソタ州にある500ユニットの太陽光発電システムで、ファームウェアのアップデートによって低温充電の問題が解決されるのを見るまでは、私はソフトウェア・レイヤーを馬鹿にしていた。私は考えを改めた。
BMSと通常のプロテクションボードの違いは何ですか？
プロテクション・ボード（PCMまたはPCB）は馬鹿だ。悪気はない。基本的な閾値を持つサーキットブレーカーだ。でも本物のBMSは？それは学習する。通信する。適応する。BMSは過去の熱データに基づいて充電を止めたり、老化率に応じてセルのバランスを変えたりします。保護ボードはただ電力をカットし、最善を望むだけだ。
なぜリチウムイオン電池にBMSが不可欠なのか？
なぜリチウム電池は鉛電池よりも保護が必要なのか？
鉛蓄電池はおじいちゃんのオールズモビルのようなもので、遅くて重いが寛容だ。リチウムイオン？高性能スポーツカーだが、間違ったオイルを使うと壊れてしまう。これらの化学物質は揮発性で、特に過電圧や深い放電の下では不安定になる。リチウムは警告サインを出さない。
BMSは過充電、過熱、火災など、どのようなリスクを防ぐのに役立つのか？
上記のすべてだ。さらに、電圧不足、短絡、内部抵抗のスパイク、熱暴走、さらに大きな故障につながるセルの不均衡もあります。BMSがバッテリーの完全なメルトダウンを防ぐぎりぎりのタイミングでソフトシャットダウンを発動するのを見たことがある。業界はこれを認めようとしませんが、バッテリー設計における多くの「フェイルセーフ」は、エンジニアリングが見落としたものをBMSがキャッチするという前提に立った、応急処置のようなものなのです。
BMSなしでバッテリーを作動させることはできますか？
技術的に？もちろん、皮膚のない人間だってそうだ。しかし実際には、災難を招くことになる。BMSがなければ、個々のセルの電圧がバラバラになり、ストレスや腫れ、最悪の事態を引き起こす可能性がある。私は、お金を節約するためにこのようなことを試みるDIY業者を見てきたが、毎回、涙を流すか、火事になる（時にはその両方）。
BMSのコア機能とは？
BMSはどのようにしてセルの電圧と電流をモニターするのですか？
各セルまたは並列グループに直接タップすることによって。分圧器、ADC、電流シャント-これは電気配管の最たるものだ。優れたBMSはミリボルトの精度でリアルタイムにモニターします。優れたBMSは、傾向を分析することで、故障を事前に予測することができます。
細胞バランシングとは何か？
2つとして同じ細胞はないのだ。同じバッチから作られたものであっても、熟成は異なる。セル・バランシングは、どのセルも遅れをとったり、先を急いだりしないようにする。パッシブ・バランシングは、余分なエネルギーを熱として燃やす（非効率的だが単純）。アクティブ・バランシングはセル間の電荷を再分配する（効率的でエレガントだが複雑）。100kWh以上の大型パックでは、寿命の差は数年になることもある。
BMSはどのようにして温度問題を検出し、対応するのか？
サーミスタは目であり、ファームウェアは脳である。充電中にセルが熱くなり始めると、BMSは電流を絞るか完全に遮断する。先進的なシステムの中には、寒冷地ではリチウムめっきを避けるためにセルを予熱するものさえある。
CAN、RS485、ブルートゥースなど、通信方式は？
ほとんどの産業用BMSは、インバーターや充電器との高速で信頼性の高い通信のためにCANを使用しています。RS485は古いですが、まだ一般的です。Bluetoothは？診断に便利で、特に消費者向け製品ではそうだ。私は以前、フロリダのビーチで携帯電話から故障したゴルフカートのバッテリーを診断したことがある。それが未来だ。
BMSはどのようにバッテリーの安全性と寿命を向上させるのか？
BMSはバッテリーのサイクル寿命を延ばせるか？
もちろんです。電圧、電流、温度を最適なゾーンに保つことで、BMSは摩耗を減らします。私たちがサハラ以南のアフリカで実施したあるプロジェクトでは、BMSによって充電停止を微調整するだけで、バッテリーの寿命が30%延びた。サイクル寿命は化学的なものだけではありません。
熱暴走のリスクはどのように軽減されるのか？
熱スパイクが制御不能になる前に反応することによって。BMSは入力を遮断し、負荷を迂回させ、アラームにフラグを立てる。一部のEVプラットフォームでは、BMSは特定のゾーンを冷却するためにHVACシステムにリンクされている。私はBMSが人命を救うのを見てきました。その通りだ。
老化した細胞を検出するために、BMSはどのような役割を果たしているのか？
インピーダンス・トラッキング、クーロン・カウンティング、デルタ-V分析を通して。セルが劣化し始めると、その電圧応答が変化する。スマートBMSはそれを追跡し、異常を知らせます。予知保全はここから始まる。
BMSの種類とは？
集中型、分散型、モジュール型のBMSの違いは？
集中型：すべての感覚ワイヤーは1つの脳に向かう。安価、シンプル、脆弱。分散型：各モジュールは独自のミニBMSを持ち、マスターと会話する。スケーラブルで安全。モジュール式：レゴブロックのように、必要なものをドロップインする。冗長性が重要な高電圧システムで使用される。
以前は中央集権派だった。今は？分散型でなければダメだ。単一制御による失敗が多すぎる。
アクティブ・バランシングとパッシブ・バランシングの違いは？
パッシブが一般的で、余分なエネルギーを熱として燃やすだけ。小さなパックには適している。アクティブは細胞間でエネルギーを移動させる。ロビン・フッドのようなもので、豊かなセルからエネルギーを奪い、貧しいセルに与える。より複雑で、より効率的で、大きな貯蔵システムに適している。
RV、ソーラーシステム、産業用にはどのタイプのBMSが最適か？
RV：温度保護を内蔵したBluetooth対応BMSを選ぶ。ソーラー：通信（RS485/CAN）、ハイサイクル制御を優先する。産業用：冗長性とロギングを備えたモジュール型または分散型システム。手を抜いてはいけません。一度の故障で操業が停止することもあります。
BMSは実際のアプリケーションのどこで使われているのか？
家庭用蓄電システムにおけるBMSの仕組みは？
オーケストラ全体の指揮者だ。インバーターと対話し、ソーラーからの充電を制御し、夜間の過放電を防ぎます。私は、6年間オフグリッドで過ごした家庭のBMSを調整したが、問題はゼロだった。魔法ではありません。
51.2V 200ah 10kwhパワーウォールバッテリー
電気自動車やゴルフカートは？
EV？BMSはモンスターだ。複数のレイヤー、複数のプロセッサー、高速CANネットワーク。トルク、リジェネ、ドライバーの癖まで、すべてを追跡する。ゴルフカートは？もっと単純だが、原理は同じだ。そのカートにリチウムが搭載されたら？うまく調整されたBMSは、楽しい走行と電子機器の焼損を隔てる唯一のものだ。
48V 100ah ゴルフカート用バッテリー
12V 100ah lifepo4 バッテリー
BMSはどのようにオフグリッドソーラーのバッテリーシステムを保護するのか？
パネルがオーバーシュートしたときには充電を制限し、夜間は出力を絞ってバッテリーを保護し、停電になる前に故障のフラグを立てる。私は、BMSが唯一のシステム管理者である島のマイクログリッドで働いた。
バッテリーシステムに適したBMSを選ぶには？
BMS内蔵バッテリーを購入する際にチェックすべき点は？
尋ねる：どのような保護機能が内蔵されていますか？温度感知機能はありますか？インバーターとの通信は可能か？できればケースを開けてみてください。私は、バランシング・チップが使われている空のICパッドを見つけたことがあります。 想定される に行く。
BMSを電圧、電流、セル構成に適合させるには？
パックのレイアウト（直列×並列）、ピーク消費電流、充電電圧の上限を把握してください。それに合ったBMSを選びましょう。 まさに.小さすぎると負荷でシャットダウンしてしまう。大きすぎると、決して使わない機能のためにお金を払うことになる。
カスタムバッテリーパック用のBMSオプションはありますか？
その通りだ。私はドローンやボート、ロボットアームのバッテリー用にカスタムBMSセットアップを構築したこともある。Daly Smartのようなオープンソースのプラットフォームからクラウドダッシュボードを備えたプロプライエタリなシステムまで、設定可能なBMSモジュールで市場は爆発的に拡大している。
結論
BMSはオプションではない。基礎的なものだ。BMSはバッテリーの単なる箱ではなく、未来のパワーのオペレーティング・システムなのだ。そして他のOSのように、それはあなたを力づけることも裏切ることもできる。賢く選択し、慎重に設定し、当たり前のものと思わないでください。
リチウムの世界では、あなたの運命を決めるのは細胞ではないからだ。それを管理するシステムなのだ。