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上で重要な役割を果たす。その主な機能には、バッテリーライフサイクルの管理、充電状態（SoC）の推定、健全性状態（SoH）の監視、セルバランス調整、および故障検出が含まれる。
電気自動車（EV）アプリケーションとバッテリーの要求が高まる中、実使用環境下でのBMS（バッテリー管理システム）の検証は、信頼性、安全性、性能を確保するために極めて重要です。BMSの誤作動は、バッテリーの寿命低下、エネルギー利用効率の悪化、あるいは重大な故障を引き起こす可能性があり、厳格なテストの重要性を強調しています。
BMS開発における課題の克服
効率的なBMSの開発は、バッテリーシステムの動的特性が複雑であるため、重大な課題をもたらす。非線形で温度依存性のあるバッテリー特性と、パック内セル間のばらつきが相まって、バランス調整の問題が生じる。熱安定性や故障検出の非効率性は、熱暴走を含む深刻な結果を招きうる。
もう一つの課題は、様々な電池化学組成を試験し、異なるBMS動作シナリオ下でのそれらの固有のダイナミクスを正確にモデル化する必要性である。さらに、エンジニアは開発期間の短縮と、厳格な安全・性能基準の遵守という二重のプレッシャーに直面している。
Typhoon 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、当社はBMS HILテストベッドを開発しました。モジュール式で拡張性の高いソリューションを基盤とする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戦略のシミュレーション、テスト、改良を行うことを可能にします。この最先端のBMSテストソリューションは以下の構成要素から成り立っています：
リアルタイムシミュレーター | 高精度シミュレーション
リアルタイムシミュレータは、バッテリーシステムの電気的・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。この高忠実度シミュレータは多様な動作条件や故障を再現し、BMSアルゴリズムの堅牢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伴うリスクなしに、性能指標を正確に評価し、SoC推定を最適化し、フェイルセーフ機能をテストできます。図1では、Typhoon フラッグシップリアルタイムシミュレータであるHIL606をご覧ください。
スマートセルエミュレーター| 電池セルレベルの複雑性を掌握する
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.
電池セルのバランス調整も同様に複雑であり、容量や抵抗値の差異がパック全体の性能や寿命に影響を及ぼす可能性がある。スマートセルエミュレーターは、容量、内部抵抗、温度を含む個々のセルパラメータを精密に制御する。最大256のセルエミュレーションチャンネルと最大1kVのチャンネル絶縁を備え、電池パック全体で均一な充放電サイクルを維持するためのセルバランス調整アルゴリズムの詳細なテストと改良を支援する。
熱安定性を高めるため、本エミュレータは10kΩ NTCサーミスタのエミュレーション機能を備え、10Ωの分解能と±0.5°C ±0.25% FSの精度を実現。これにより精密な熱試験と監視が可能となります。さらに、開放回路、短絡、逆極性を含む故障挿入機能により、安全性を維持しつつ実使用環境下でのBMS故障応答を徹底的に評価できます。
Typhoon 複数の電池化学組成に対応し、60Vから800Vまでのシステムを収容可能なスケーラブルなアーキテクチャを備えています。この柔軟性により、EVを含む様々なアプリケーション向けのBMS設計をテストでき、異なる電池化学組成間で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開発期間を短縮することは極めて重要です。スマートセルエミュレーターは、ライフサイクル効果、容量変動、実環境での故障状態を正確に再現することでプロセスを効率化し、実験室で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テストサイクルを加速し、堅牢で信頼性の高いBMSソリューションの市場投入期間を短縮します。
HIL SCADA| リアルタイム監視・制御
ユーザーフレンドリーなHIL SCADAインターフェース（図3参照）は、シミュレートされた環境のシームレスな監視と制御を実現します。このツールを使用すると、BMSテスト中に電圧、電流、温度、SoCなどの重要パラメータをリアルタイムで可視化できます。リアルタイムデータ可視化とパラメータ調整により、システム動作の詳細な洞察が得られ、バッテリーシステムの検証・評価時にデータ駆動型の意思決定が可能となります。
結論
Typhoon テストベッドTyphoon 、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の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。詳細かつ拡張性があり安全なテスト機能をTyphoon 、イノベーションを推進し、次世代BMSソリューションの先駆けとなることを可能にします。
