あらゆる条件下で精度を維持するBMS開発

セルが満充電または空の状態、高温または低温、新品または劣化した状態において、BMSの精度はどの程度ですか?

BMS開発には、あらゆる条件下で機能する充電状態・健全性状態・出力状態の推定器と、安全を維持するシステムが必要です。これらはプラントモデルに対して開発されます。物理ベースのBatemo Cell Modelをプラントモデルとして使用することで、モデル誤差が推定誤差につながらず、コード変更のたびに物理モデルに対してテストを実施できます。

バッテリーエンジニアに相談する
バッテリーパックが開き、バッテリーマネジメントシステムがすべてのセル列を読み取ります。次に、低温・高電流時に単純なモデルが真の充電状態から乖離していく一方、Batemo Cell Modelはそれを正確に追従するチャートが表示されます。

BMS開発:現在とBatemo Cell Model

現在、BMSアルゴリズムは単純な等価回路(RC)モデルに対してチューニングされ、ベンチテストおよびHardware-in-the-Loopテストで補正されています。Batemo Cell Modelをループに組み込むことで、最初のパラメータセットからマイクロコントローラ上のコードまで、物理モデルに基づいてアルゴリズムの開発とテストが行えます。

測定値 vs. Batemo Cell Model

電圧 / V

5電流、周囲温度25 °CにおけるMolicel INR21700-P45Bの測定放電 2.42.83.23.64.04.4012345

容量 / Ah

  • 0.45 A
  • 4.45 A
  • 17.81 A
  • 35.62 A
  • 49.42 A

0.7%

全検証テストにわたるモデルの電圧偏差(RMS)

Molicel INR21700-P45Bの25 °Cにおける放電測定データ(0.1 C〜11.1 C)。 セルを見る ›
  1. 今日

    推定器のパラメータ化のためのテスト。

    推定器には専用のセルモデルが必要であり、そのパラメータ化には通常30日間のベンチテストが必要です。

    Batemo Cell Modelを使用した場合

    仮想的にパラメータを設定できます。

    Batemo Cell Modelは、パラメータ化テストを仮想テストに置き換えます。テストベンチで実施できる件数をはるかに超える数のテストを、密なサンプリングで1日以内に実行できます。

    得られるメリット: 30 〜 1推定モデルのパラメータ化にかかる日数

  2. 今日

    シンプルなRCモデルを使用する。

    Software-in-the-Loopは、少数のベンチ測定から得たルックアップテーブルまたは等価回路モデルに対して実行されます。そのため、生じた誤差が推定器の誤差となります。

    Batemo Cell Modelを使用した場合

    現実に基づいて開発する。

    Batemo Cell Modelはプラントモデルとして機能し、実際のセルと一致するため、プラントモデルの誤差が推定誤差につながりません。ご自身で確認したい場合は、Batemo Cell Dataでモデルの基となる測定データを参照できます。セルを1つもテストすることなく、独自の検証が可能です。

    得られるメリット: 現実プラントモデルとして使用するため、モデルの誤差が推定誤差になりません

  3. 今日

    いくつかのシナリオをテストする。

    テストベンチでは、いくつかのコールドスタート、パルス、劣化セルを実行します。実際に問題となるコーナーケースは、誰も実行しなかったものです。

    Batemo Cell Modelを使用した場合

    すべてのコード変更をテストする。

    自動化されたルーティンが1日に数千のシナリオを実行し、全動作範囲にわたって実際の物理特性に基づきすべてのコード変更を検証します。

    得られるメリット: ÷ 10BMSソフトウェアの残留誤差確率

  4. 今日

    新しいセルのみで検証する。

    劣化したセルはまずベンチ上で再現する必要があるため、ほとんどの推定器は新品セルで検証されており、セルの劣化とともに精度が低下します。

    Batemo Cell Modelを使用した場合

    堅牢な BMS を構築する。

    物理モデルは、実際の劣化試験が行われるよりもはるか前に、物理的根拠に基づいてセルを仮想的に劣化させます。これにより、実際にどのような劣化が生じても、BMSの精度を維持できます。

    得られるメリット: 堅牢セルのライフサイクル全体にわたる精度

  5. 今日

    Hardware-in-the-Loopで問題を発見しましょう。

    マイクロコントローラ向けのコードが生成され、Hardware-in-the-Loopテストによって等価回路モデルでは見落とされていた問題が明らかになります。発見のたびに、再設計のループが繰り返されます。

    Batemo Cell Modelを使用した場合

    すぐに実装できます。

    Batemo Cell Model は現実と一致するため、HILやPHILテストで新たな問題が発生することはほとんどありません。ソフトウェアは仮想環境でテストされ、予期せぬ問題なくマイクロコントローラに実装できます。

    得られるメリット: ループ回数の削減シンプルな実装、設計変更の削減

Batemoのテストラボで、バッテリー試験架台の間で作業するエンジニア。

HILベンチでの予期しない問題を削減

プラントモデルが現実と一致していれば、Hardware-in-the-Loopテストはエラーを発見するのではなく、ソフトウェアを確認するものになります。削減できるループ1つが、数週間のテスト期間に相当します。

動作範囲全体にわたる高精度

BMSは、セルの動作範囲全体にわたって充電状態、健全性、出力を推定する必要があります。満充電から空、温暖から低温、低電流から高電流まで対応が求められます。このグラフは、あるセルの計測された動作ウィンドウ、すなわち各放電出力で得られる使用可能エネルギーを示しています。Batemo Cell Modelはこのような計測データに対して検証されています。

測定動作点

使用可能エネルギー / Wh

5.010.015.0050100150200

放電電力 / W

25 °C 周囲温度において、Molicel INR21700-P45B は 172 W で 6.9 Wh を発揮します(C/10 (1.6 W) での 16.2 Wh から低下)。
25 °Cで測定した、放電電力に対するMolicel INR21700-P45Bの使用可能エネルギー。 セルを見る ›
Batemoのエンジニアが、会議テーブルに集まった同僚たちに大型スクリーンでシミュレーション結果を説明しています。
BMSの性能は、開発に使用したセルモデルの品質に依存します。

BMS開発に関する質問

BMSが充電状態を直接測定できないのはなぜですか?

充電状態は直接測定できる量ではありません。センサーが読み取るのは電圧、電流、温度です。BMSはこれらの読み取り値とセルのモデルから充電量を推定します。電圧は負荷、温度、劣化によっても変化するため、推定値はずれが生じます。誤差が1%増えるごとに、下限では使用可能な航続距離が、上限では安全マージンが失われます。物理ベースのシミュレーションが重要な理由はここにあります。シミュレーションによってBMSアルゴリズムを改善し、セルをより有効に活用できます。

充電状態の推定精度を制限する要因は何ですか?

主に4つの要因があります。推定器の基となるセルモデルの品質、センサー誤差、開回路電圧曲線の形状、そしてセルの劣化です。電圧曲線が平坦な場合、わずかなセンサー誤差が大きな充電状態の誤差につながります。低温や大電流は、動作点をキャリブレーション点からずらします。これらの問題にはそれぞれ解決策があり、物理ベースのシミュレーションを用いて開発されます。

ハードウェアなしでBMSをテストするにはどうすればよいですか?

Software-in-the-Loopを活用してください。BMSコードはセルのプラントモデルに対して動作し、自動化されたルーティンがコールドスタート、大電流パルス、劣化セルなどのシナリオを再現します。Batemo Cell Modelsは数秒で実行できるため、1日に数千ものシナリオを実行することが可能です。Hardware-in-the-Loopおよびベンチテストにより、十分なストレステストを経た設計を最終確認します。

物理ベースのプラントモデルはなぜBMSのエラーを低減できるのですか?

構造が誤ったプラントモデルは、そのエラーをBMSのエラーに転化させます。物理ベースのモデルは、セル内部の電気的・熱的・物理的プロセスを記述します。ルックアップテーブルや近似回路がずれを生じやすい低温・大電流・劣化条件下でも、有効性を維持します。推定器は自身のトレーニングデータではなく、物理モデルに対して検証されます。

自社でテストを実施せずに、測定データに基づいてBMSを検証できますか?

はい。Batemo Cell Dataには各Batemo Cell Modelの基となる測定データが収録されています。定電流、パルス、動作範囲全体にわたるパワープロファイルが含まれており、セルを自分でテストすることなく、モデルと測定データを並べて推定器を検証できます。ほとんどの開発作業では、検証済みモデルだけで十分です。また、Batemo Cell ModelはBMSモデルのパラメータ化テストを仮想的に実行できるため、より高品質なBMSモデルを迅速に構築できます。

Batemo Cell Modelの精度はどの程度ですか?

検証済み198セルにおいて、モデル偏差の中央値は0.8 %であり、検証実験に対して測定されています。これは推定器自体の精度ではなく、推定器が検証される基準の精度です。Batemoはモデルに保証を付けています。より精度の高い電池セルモデルをご提示いただければ、代金を返金いたします。すべてのモデルの精度はこのウェブサイトの各セルページで公開しており、すべてのモデルについて検証条件下での精度を詳細に示すExcelレポートを提供しています。

BMS開発を始める2つの方法

判断が必要な場合

開発中の推定器をお持ちください。

メッセージを読むのは、これらのセルを実際に測定したエンジニアです。メールボックスや、転送するだけの営業窓口ではありません。

データが必要な場合

実測データと照合して検証する。

Batemo Cell Dataは、モデルの基となる測定データを提供します。動作範囲全体にわたる定電流、パルス、およびパワープロファイルのデータが揃っており、セルを1つも試験することなく、お客様独自の検証にすぐにご利用いただけます。

または、測定データから始める — 公開Batemo Cell Explorerを見る →