はじめに
電気自動車（EV）において、バッテリー管理システム（BMS）はバッテリーの効率的な動作と安全性を確保するために不可欠な役割を果たします。その主な業務には、バッテリーのライフサイクル管理、充電状態（SoC）の推定、健全性状態（SoH）の監視、セル・バランシング、故障検出などがあります。
EVアプリケーションとバッテリーの要求が高まっていることを考えると、実環境下でBMSを検証することは、信頼性、安全性、性能を確保するために非常に重要です。BMSの動作不良は、バッテリー寿命の低下、非効率的なエネルギー利用、深刻な故障を引き起こす可能性があり、厳格な試験の重要性が強調されています。
BMS開発における課題の克服
効率的なBMSの開発には、バッテリーシステムのダイナミクスの複雑さに起因する大きな課題があります。バランシングの問題は、パックセルのばらつきと相まって、非線形で温度に依存するバッテリーの挙動から生じます。非効率的な熱安定性と故障検出は、熱暴走を含む深刻な結果を招く可能性があります。
もうひとつの課題は、さまざまな化学組成のバッテリーをテストし、さまざまなBMS作動シナリオのもとで、バッテリー固有のダイナミクスを正確にモデル化する必要があることです。さらに、エンジニアは、厳しい安全性と性能基準を守りながら、開発スケジュールを短縮するという二重のプレッシャーに直面しています。
Typhoon HILのBMS HILテストベッドによるリアルタイム検証
これらの課題に対処するために、私たちはBMS HILテストベッドを開発しました。モジュール式でスケーラブルなソリューションに基づいて構築されたBMS HILテストベッドは、エンジニアがリスクのない環境でBMS戦略をシミュレーション、テスト、改良できるようにします。最先端のBMSテスト・ソリューションは、次のような構成になっています：
リアルタイムシミュレータ ｜高忠実度シミュレーション
リアルタイムシミュレータは、バッテリシステムの電気的および熱的ダイナミクスをモデル化する際に精度を提供します。この忠実度の高いシミュレータは、多様な動作条件と故障を再現し、BMSアルゴリズムのロバストな検証を保証します。エンジニアは、物理的なバッテリーに関連するリスクなしに、性能指標の正確な評価、SoC推定の最適化、フェイルセーフのテストを行うことができます。図1に、Typhoon HILのフラッグシップ・リアルタイム・シミュレータであるHIL606を示します。
スマートセルエミュレータ｜電池セルレベルの複雑さをマスターする
The non-linear, temperature-dependent behavior of batteries, combined with variations in capacity and internal resistance, makes accurate estimations of SoC and SoH a significant challenge. The Smart Cell Emulator (see Fig. 2) addresses this by precisely emulating individual cell behavior, delivering ±0.05% FS accuracy in voltage measurements (±8V output with < ±0.5mV ±0.05% FS accuracy) and current measurements (±1A high range, accuracy < ±0.2mA ±0.05% FS; ±10mA low range, accuracy < ±5μA ±0.05% FS). These capabilities enable accurate SoC and SoH estimation under varying conditions, helping refine battery health monitoring algorithms.
バッテリー・セルのバランシングは、容量や抵抗の違いにより同様に複雑であり、パック全体の性能や寿命に影響を与える可能性があります。スマートセルエミュレータは、容量、内部抵抗、温度など、個々のセルパラメータを正確に制御します。最大256のセル・エミュレーション・チャネルと最大1kVのチャネル絶縁により、セル・バランシング・アルゴリズムの詳細なテストと改良をサポートし、バッテリー・パック全体の均一な充放電サイクルを維持します。
熱安定性を高めるため、このエミュレーターは、10kΩ NTCおよび10Ω分解能、±0.5℃±0.25% FS精度のサーミスタ・エミュレーション機能を備えており、精密な熱試験とモニタリングが可能です。さらに、開回路、短絡、逆極性などの故障挿入機能により、安全性を維持しながら、実環境下でのBMS故障応答を徹底的に評価することができます。
Typhoon HILのソリューションは、複数のバッテリーケミストリーをサポートし、60Vから800Vまでのシステムに対応できるスケーラブルなアーキテクチャを特徴としています。この柔軟性により、EVを含む様々なアプリケーションのBMS設計をテストすることができ、異なるバッテリー化学物質間の互換性と高性能を保証します。
安全性と性能を損なうことなくBMSの開発期間を短縮することは非常に重要です。スマートセルエミュレータは、ライフサイクル効果、容量の変動、実際の故障状態を正確に再現することで、プロセスを合理化し、ラボ内の物理的なバッテリーへの依存を最小限に抑えます。これにより、高い安全基準を維持しながら試験サイクルを加速し、堅牢で信頼性の高いBMSソリューションの市場投入までの時間を短縮します。
HIL SCADA｜リアルタイムモニタリングと制御
ユーザーフレンドリーなHIL SCADAインターフェース（図3を参照）は、シミュレート環境のシームレスなモニタリングと制御を提供します。このツールを使用すると、BMS試験中に電圧、電流、温度、SoCなどの重要なパラメータをリアルタイムで可視化できます。リアルタイムのデータ可視化とパラメータ調整により、システム動作に関する詳細な洞察が得られ、バッテリ・システムの検証と妥当性確認中にデータ駆動型の意思決定を行うことができます。
結論
Typhoon HILのBMS HILテストベッドは、リスクを低減し、開発サイクルを加速し、堅牢なシステム性能を保証する包括的で高精度なソリューションを提供することで、BMSの開発とテストに革命をもたらします。詳細かつスケーラブルで安全なテスト機能を備えたTyphoon HILは、イノベーションを推進し、次世代BMSソリューションをリードする力を提供します。
