産業用AGVなどの高出力アプリケーションでは、高電圧リチウム電池パックの需要が高まっています。 大型ロボット、商用エネルギー貯蔵システムなどです。これらの用途では、安全性の向上、効率的な放熱、メンテナンスの容易さが求められており、モジュラー式バッテリーパック設計が業界で推奨されるソリューションとなっています。
モジュラーリチウムイオン電池パック 標準化されたセルと統一されたBMSを統合し、モジュール間の独立した放熱設計をサポートし、様々なアプリケーションに適応し、システムの互換性とエンジニアリング展開の効率を向上させます。また、12.8V、25.6V、38.4V以上の複数の電圧範囲を柔軟に構成することで、電圧と容量のメリットも実現します。
では、なぜモジュラーバッテリーパックを選ぶべきなのでしょうか？その導入を促す重要なメリットを探ってみましょう。
モジュラーバッテリーパックの柔軟性と拡張性
従来のスタンドアロン型バッテリーパックは、設計上の制約に悩まされています。一度設置すると容量と性能は固定され、拡張性に欠けます。電力需要が増加すると、その堅牢なアーキテクチャでは負荷の増大に対応できなくなります。さらに、モジュール化されていないためコンポーネントのアップグレードが難しく、進化する性能基準に追いつけないという問題もあります。
固定構成のバッテリーパックとは異なり、モジュラーバッテリーパックは、柔軟な直列接続と並列接続を通じてカスタム電源ソリューションを提供します。このスケーラブルなアーキテクチャにより、電圧調整、容量拡張、ハイブリッド構成が可能になります。
例えば、12Vモジュールを直列接続して24Vまたは48Vのモジュラーバッテリーパックを形成することで、電圧出力を高めることができます。より高い出力と電流が必要な場合は、並列接続も可能です。さらに、直列と並列を組み合わせた接続（例：直列2個＋並列2個）を適用することで、電圧と容量を拡張することも可能です。モジュラーバッテリーパックの組み立てでは、セルの性能の一貫性を良好に管理する必要があります。放熱性にも配慮し、メンテナンスの容易さも確保する必要があります。最適な接続方法は、アプリケーションの主要な要件（電圧と容量の優先順位）、予算、信頼性のニーズによって異なります。詳細については、以下をご覧ください。 12Vバッテリーモジュールの直列、並列、および直並列接続.
最新のバッテリー モジュール設計には、パフォーマンスを最適化するためにアクティブ バランス回路や熱管理システムが組み込まれることがよくあります。
スマートBMS設計 モジュラーバッテリーパック用
BMS 設計は、複数の特殊コンポーネントを統合管理プラットフォームに統合し、あらゆるバッテリー システムの動作のバックボーンを形成します。
これらには、温度センサー、電流センサー、制御ユニット、通信回路などが含まれます。これらは、インテリジェントなレイアウトと接続を通じて連携し、統合BMSシステムを構築します。
集中型BMSアーキテクチャ
集中型BMSアーキテクチャは、電動工具、ロボット、IoTスマートホームなど、低容量・低電圧アプリケーションに明確な利点を提供します。高電圧領域では、単一のバッテリーの電圧を収集し、システム全体の電圧と絶縁抵抗を監視する役割を担います。低電圧領域では、電源回路、CPU回路、CAN通信回路、制御回路などの主要コンポーネントをカバーします。
分散BMSアーキテクチャ
分散型BMSアーキテクチャは、電気自動車やエネルギー貯蔵システムなど、要求の厳しいエネルギーアプリケーション向けに特別に設計されています。モジュール設計により、大規模なバッテリーシステムへの対応が容易になります。
分散アーキテクチャでは、Clave制御ユニット（CSC）が電圧と温度のチェック、セルバランスの管理を担います。高電圧管理ユニット（HVU）は、バッテリー全体の電圧と絶縁抵抗の監視に重点を置いています。バッテリー管理ユニット（BMU）は、バッテリーの状態評価、管理、通信を担います。
集中型BMSはすべての管理機能を単一のコントローラに統合するため、小規模で低電圧のシステムには効率的です。ただし、システムの規模が大きくなると、処理速度と拡張性が制限される可能性があります。一方、分散型BMSは、複雑で大容量のバッテリーシステムにおいて、より高い信頼性と柔軟性を提供します。各モジュールは独立して動作するため、正確な計測、熱分散の改善、そしてより優れた障害分離が可能になります。
集中型と分散型のどちらのBMSアーキテクチャも、RS485/CAN485通信プロトコルを統合することで、高精度の電圧、電流、温度、サイクル監視を実現できます。ただし、実装方法とパフォーマンスはシステム設計によって異なります。
ホットスワップリチウムモジュラーバッテリーパック技術
ホットスワップ機能は、モジュラー式バッテリーパックの一般的な要件となっています。これは、標準的なバッテリーシステムにおける主要な制約、すなわちバッテリー交換時に機器の電源を切る必要があるという制約に対処するものであり、その結果、運用停止と効率の低下が発生します。このような中断は、医療機器のような重要な用途では特に許容できません。
リアルタイム操作機能を備えたモジュラー バッテリー パックは、次の機能によりこの問題を解決します。
- システムをシャットダウンせずに個々の故障モジュールを交換
- メンテナンス中の機器の連続稼働
- 業務効率が劇的に向上
モジュール型バッテリーの熱管理システム
大型バッテリーシステムにおいて、放熱は重大な課題であり、モジュール型バッテリー設計はこの問題に対処する最も効果的なアプローチの一つとなっています。モジュール型バッテリーパックに統合された熱管理システムは、動作中のデバイスの安全性を確保します。バッテリーの充放電プロセスでは熱が発生します。この熱が速やかに放散されない場合、容量低下や熱暴走につながる可能性があります。
モジュラー バッテリー パックは、構造工学、材料科学、インテリジェント システム管理を組み合わせた 3 層アプローチを通じて完全な熱制御を実現します。
1. 構造熱管理
- 各モジュールには専用の放熱ゾーンが組み込まれています
- 統合された冷却チャネルは、空気と液体の両方の冷却システムをサポートします。
- 高効率熱伝導材料（例： グラファイトシート）熱伝達を高める
- モジュール間の耐火バリアが熱暴走を抑制
2. インテリジェント制御システム
- 分散温度センサーはモジュールレベルのリアルタイム監視を提供します
- 適応型冷却制御（ファン速度/ポンプ流量）が熱負荷に反応します
- 予測アルゴリズムにより、熱リスクを事前に軽減できます。
- 異常な温度状態に対する多段階の安全警報
3. アプリケーション固有の柔軟性
- 構成可能な冷却ソリューション（空気/液体/熱電）
- さまざまな電力密度に対応するスケーラブルなアーキテクチャ
- 過酷な環境でも堅牢なパフォーマンスを発揮します。
この統合アプローチにより、多様なアプリケーションにおいてシステムの安全性と信頼性を維持しながら、最適な熱性能を確保します。モジュール設計により、個々のセルレベルで正確な温度制御が可能になり、バッテリーシステム全体への熱伝播を防止します。
モジュラーバッテリーパックの高速充電s
モジュラーバッテリーシステムは、3 つの主要なメカニズムを通じて優れた充電速度を実現します。
1. 標準化された小型セル（18650/21700）の利点：
- イオン拡散経路の短縮（30～50%の削減）
- 内部抵抗の低下（15～25%の改善）
- より効率的な電荷移動反応
2. 並列セル構成
- 総電流を比例配分する
- 1Cシステム充電中にセルあたり3C未満のレートを維持
- 個々のセルの熱負荷を40～60%削減
- スケーラブルな電流容量
- 独立した熱管理ゾーン
3. 積極的な保障措置により以下を防止します:
分散 BMS アーキテクチャの機能:
- セルごとの電圧モニタリング（±5mV精度）
- 温度センサー（±1℃精度）
- 動的電流バランス
アクティブなセーフガードにより以下を防止します:
- 局所的な過熱
- 充電電流のボトルネック
- パフォーマンスの低下
単一セル設計とは異なり、モジュラーバッテリーアーキテクチャは優れた急速充電機能を実現します。これにより、モジュラーバッテリーパックの充電速度が向上します。
モジュラーバッテリーソリューションの設計コスト
統合型 CMU 制御システムとインテリジェント BMS テクノロジーにより、モジュラー バッテリー パックの初期コストは標準バッテリー パックよりも 20 ～ 30% 高くなります。
モジュラー式バッテリーパックは、モジュールを選択的に交換することでシステム全体の寿命を延ばし、従来のバッテリーパックに比べて明確な利点を提供します。しかし、従来のバッテリーパックは、再生や部品の個別交換が不可能で、廃棄しなければならないため、通常5～8年で性能が急激に低下します。モジュラー設計により、システム寿命を10～15年に延長でき、機器の更新頻度と費用を最小限に抑えることができます。
使い切ると廃棄物となる従来のバッテリーパックとは異なり、モジュール式システムは循環型経済の原則に準拠しています。使用済みのモジュールは、非常灯や玩具などの低電力機器に引き続き使用できます。未使用のモジュール式バッテリーパックは簡単に分解でき、標準インターフェースを備えているため、分別、試験、リサイクルが容易になります。
強化された可搬性とシームレスな互換性
モジュール式バッテリーパックの主な利点は、その可搬性です。小さな部品に分解できるため、取り扱いや輸送が容易で、航空機への搭載も可能です。しかし、システムの拡張やアップグレードを行う際には、互換性が課題となります。モジュールの交換や追加には、システム全体の性能調整と電気的安全性を確保するための試験が必要です。このトレードオフは、モジュール設計において、柔軟性と精密な統合のバランスを考慮した慎重な計画の必要性を浮き彫りにしています。
結論として、モジュール式バッテリーパックの設計はもはや単なる技術的な選択肢ではなく、柔軟性、信頼性、持続可能性に優れたエネルギーシステムを構築するための不可欠なソリューションとなっています。しかしながら、モジュール式バッテリーの設計には複雑な考慮事項が伴い、いずれかの側面を見落とすと安全上のリスクにつながる可能性があります。
カスタマイズされたモジュラーバッテリーシステムで100件以上の成功したプロジェクト実績を持つ CM Batteries 安全性を最優先に考えています。当社のエンジニアリングチームは業界標準を遵守し、 カスタムモジュラーバッテリーソリューション あらゆるお客様へ。バッテリーパラメータの精密なマッチング、堅牢な保護回路設計から最適化された充放電戦略まで、あらゆる細部まで評価し、多様なアプリケーションにおいて信頼性と安全性を確保します。
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