BMS（バッテリーマネジメントシステム）は、太陽光発電システムのバッテリー寿命を延ばす強力なツールです。BMSバッテリーマネジメントシステムは、バッテリーの安全性と信頼性の確保にも役立ちます。以下では、BMSシステムの詳細とユーザーが享受するメリットについてご説明します。
BMSシステムの仕組み
リチウム電池用のBMSは、専用のコンピュータとセンサーを用いて電池の動作を制御します。センサーは温度、充電率、電池容量などを検知します。BMSシステムに搭載されたコンピュータが計算を行い、電池の充放電を制御します。BMSの目的は、太陽光発電蓄電システムの寿命を延ばし、安全性と信頼性を確保しながら運用することです。
バッテリー管理システムのコンポーネント
BMSバッテリー管理システムは、バッテリーパックから最適なパフォーマンスを引き出すために連携して動作する複数の主要コンポーネントで構成されています。これらのコンポーネントは以下のとおりです。
バッテリー充電器
充電器は、バッテリー パックが最適に充電されるように、適切な電圧と流量で電力を供給します。
バッテリーモニター
バッテリー モニターは、バッテリーの状態や充電状態、温度などの重要な情報を監視するセンサーのセットです。
バッテリーコントローラー
コントローラーはバッテリーパックの充電と放電を管理し、バッテリーパックへの電力の入出力を最適に保ちます。
コネクタ
これらのコネクタは、BMSシステム、バッテリー、インバータ、ソーラーパネルを接続します。これにより、BMSはソーラーシステムからのすべての情報にアクセスできるようになります。
BMSバッテリー管理システムの特徴
リチウム電池用BMSはそれぞれ独自の機能を備えています。しかし、最も重要な2つの機能は、バッテリーパックの容量の保護と管理です。バッテリーパックの保護は、電気的保護と熱的保護を確保することで実現されます。
電気保護とは、安全動作領域（SOA）を超えた場合にバッテリー管理システムがシャットダウンすることを意味します。熱保護は、バッテリーパックをSOA内に維持するためのアクティブまたはパッシブな温度制御です。
バッテリー容量管理に関しては、リチウムバッテリー用のBMSは容量を最大化するように設計されています。容量管理が行われないと、バッテリーパックは最終的に使用できなくなります。
容量管理の要件は、バッテリーパック内の各バッテリーの性能がわずかに異なることです。これらの性能差は、リーク率において最も顕著です。新品時はバッテリーパックは最適な性能を発揮するかもしれませんが、時間の経過とともにバッテリーセルの性能差は拡大します。その結果、性能低下につながる可能性があります。その結果、バッテリーパック全体が危険な動作状態になります。
要約すると、BMSバッテリー管理システムは、最も充電されているセルから電荷を取り除くことで過充電を防ぎます。また、充電量の少ないセルにはより多くの充電電流が供給されるようにします。
リチウム電池用のBMSは、充電電流の一部またはほぼすべてを充電セルに再配分します。その結果、充電量が少ないセルはより長い期間充電電流を受け取ることができます。
BMS（バッテリー管理システム）がなければ、最初に充電されたセルが充電を続け、過熱につながる可能性があります。リチウム電池は優れた性能を備えていますが、過剰な電流が供給されると過熱するという問題があります。リチウム電池が過熱すると、その性能は著しく低下します。最悪の場合、バッテリーパック全体の故障につながる可能性があります。
リチウム電池用BMSの種類
バッテリー管理システムは、用途や技術によって、シンプルなものから非常に複雑なものまで様々です。しかし、いずれもバッテリーパックの管理を目的としています。最も一般的な分類は以下の通りです。
集中型BMSシステム
リチウム電池用の集中型BMSは、バッテリーパック全体を単一のBMSで管理します。すべてのバッテリーはBMSに直接接続されます。このシステムの主な利点は、コンパクトなことです。さらに、価格も手頃です。
主な欠点は、すべてのバッテリーがBMSユニットに直接接続されるため、バッテリーパックに接続するために多くのポートが必要になることです。その結果、配線、コネクタ、ケーブルの数が増えます。大型のバッテリーパックでは、メンテナンスやトラブルシューティングが複雑になる可能性があります。
リチウム電池用モジュラーBMS
集中型BMSと同様に、モジュラーシステムはバッテリーパックの専用部分に接続されます。モジュール型BMSユニットは、パフォーマンスを監視するプライマリモジュールに接続される場合もあります。主な利点は、トラブルシューティングとメンテナンスが簡素化されることです。ただし、モジュラー型バッテリー管理システムはコストが高くなるという欠点があります。
アクティブBMSシステム
アクティブBMS（バッテリー管理システム）は、バッテリーパックの電圧、電流、容量を監視します。この情報を用いてシステムの充放電を制御し、バッテリーパックが安全に、そして最適なレベルで動作することを保証します。
パッシブBMSシステム
リチウム電池用のパッシブBMSは、電流と電圧を監視しません。代わりに、シンプルなタイマーを使用してバッテリーパックの充放電速度を制御します。効率は劣りますが、導入コストははるかに低くなります。
BMSバッテリー管理システムを使用するメリット
蓄電システムは、数個から数百個のリチウム電池で構成されます。このような蓄電システムは、最大800Vの定格電圧と300A以上の電流を持つ場合があります。
このような高電圧パックを誤って管理すると、深刻な災害につながる可能性があります。そのため、バッテリーパックを安全に運用するには、BMS（バッテリーマネジメントシステム）の導入が不可欠です。リチウム電池におけるBMSの主なメリットは以下のとおりです。
安全な操作
中型または大型のバッテリーパックの安全な動作を確保することは不可欠です。しかし、携帯電話のような小型機器であっても、適切なバッテリー管理システムが搭載されていない場合、発火するケースが知られています。
信頼性と寿命の向上
バッテリー管理システムは、バッテリーパック内のセルが安全な動作パラメータ内で使用されることを保証します。その結果、バッテリーは過度の充放電から保護され、長年にわたって安定したサービスを提供できる信頼性の高い太陽光発電システムを実現します。
優れた範囲とパフォーマンス
BMSは、バッテリーパック内の個々のユニットの容量管理を支援します。これにより、バッテリーパックの最適な容量が確保されます。BMSは、自己放電、温度、そして全体的な消耗といった変動を考慮しており、これらを制御しないとバッテリーパックが使用不能になる可能性があります。
診断と外部通信
BMSは、バッテリーパックを継続的にリアルタイムで監視します。現在の使用状況に基づいて、バッテリーの状態と予想寿命を信頼性の高い方法で推定します。また、提供される診断情報により、重大な問題が発生した場合でも、それが深刻な事態に発展する前に早期に発見することができます。経済的な観点からは、バッテリーパックの交換時期を適切に計画するのに役立ちます。
長期的なコスト削減
BMSは、新しいバッテリーパックの高額な費用に加えて、初期費用も高額です。しかし、BMSによる監視と保護機能により、長期的にはコスト削減が実現します。
まとめ
BMS（バッテリーマネジメントシステム）は、太陽光発電システムの所有者がバッテリーバンクの運用状況を把握するのに役立つ強力かつ効果的なツールです。また、バッテリーパックの安全性、寿命、信頼性を向上させながら、健全な財務上の意思決定にも役立ちます。その結果、リチウムバッテリー用BMSの所有者は、投資を最大限に活用できるようになります。
