I. エネルギー貯蔵システムにおける電流モニタリングの概要
デュアル・カーボン」目標の進展に伴い、電気化学エネルギー貯蔵は爆発的な成長を遂げた。2024年、中国の新エネルギー貯蔵の累積設置容量は100GWを超え、そのうち電気化学エネルギー貯蔵が支配的な地位を占める。エネルギー貯蔵システムでは、正確な電流監視がシステムの安全性を確保し、運転効率を最適化し、バッテリー寿命を延ばす鍵となる。
エネルギー貯蔵システムの現在の監視ニーズは主に以下の通りである：
- セキュリティ保護過電流、短絡、その他の異常状態に対する迅速な検出と応答
- SOC計算クーロン計数法に基づく電荷状態の推定
- エネルギー測定充放電電力を正確に計測し、経済効率に影響を与える。
- イコライザーコントロールアクティブ・イコライゼーション・システムには正確な電流フィードバックが必要
- 健康診断充放電特性によるバッテリーの健康状態の分析
II.蓄電BMSアーキテクチャと電流検出ポイント
2.1 集中型BMSアーキテクチャ
小型エネルギー貯蔵システムに適しており、すべての監視機能が1つのメイン制御盤に統合されており、電流検出ポイントはバッテリーパックのプラスまたはマイナス端子に配置されています。
2.2 分散BMSアーキテクチャ
分散型アーキテクチャーは、大規模なエネルギー貯蔵システムによく使われている：
- スレーブボード（BMU）単一ユニットの電圧と温度の取得を担当
- メインコントロールユニット（BCU）電流取得、SOC算出、通信管理を担当
- システムコントローラエネルギー貯蔵システム全体の調整と制御を担当。
2.3 典型的な検出ポイントの設計
- 総バッテリークラスタ電流各セル・クラスターのプラスまたはマイナス端子にシャント
- PCS ACおよびDC側蓄電コンバータのDC側およびAC側電流モニタリング
- 並列分岐電流複数のクラスタを並列接続する際の分岐電流分布の監視が必要
第3に、ディバーターの選択ポイントである。
3.1 現在の仕様
エネルギー貯蔵システムには幅広い動作電流があり、システム容量に応じて適切な仕様を選択する必要がある：
- 家庭用蓄電（5～20kWh）：50～100Aシャント
- 商用および産業用エネルギー貯蔵（100～500kWh）：200～500Aシャント
- 大型エネルギー貯蔵プラント：500～2000Aのシャントまたは複数のパラレル接続
3.2 精度の要件
蓄電システムの電流検出精度は、エネルギー計測精度に直接影響する：
- ユーザー側エネルギー貯蔵：0.5%レベルの精度で需要を満たすことができる。
- 発電所レベルのエネルギー貯蔵：0.2%レベル以上の精度を推奨
- FMピーキング・アプリケーション：ダイナミック・レスポンス特性を考慮、帯域幅>10kHz
3.3 温度係数
エネルギー貯蔵システムは動作温度範囲が広く、シャントTCRの温度係数は≦50ppm/℃、ハイエンド用途では≦20ppm/℃でなければならない。
3.4 熱設計
大電流シャントの電力損失は無視できない。500A/50mVのシャントを例にとると、全負荷時の電力損失は25Wとなる。放熱構造を合理的に設計し、必要に応じて液冷システムと統合する必要がある。
IV.信号調整回路の設計
4.1 アンプ回路
シャントから出力される電圧信号は通常数十ミリボルトであり、ADCサンプリングのために増幅する必要がある。よく使われるプログラム：
- 計装アンプ高同相信号除去比、差動信号増幅に最適
- 電流センスアンプ高集積度の専用チップ
4.2 絶縁回路
エネルギー貯蔵システムの電圧が高いため（通常400～1500V）、高圧側と低圧側を電気的に絶縁する必要がある：
- 絶縁オペアンプ例：AMC1311、ACPL-C87など。
- 絶縁型ADC例：AD7400、AMC1306など。
- デジタル・アイソレーター＋ノーマルADC高い柔軟性とコスト管理
4.3 ADCの選択
広いダイナミック・レンジで正確な測定を行うには、ADS1235、AD7177 などの 24 ビット・シグマ・デルタ ADC を使用することをお勧めします。サンプリング・レートはアプリケーション要件に従って選択します：
- SOC計算：10～100 Hzで十分
- 保護機能：1kHz以上
- FMアプリケーション：10 kHz以上
V. ソフトウェアのアルゴリズムとフィルタリング
5.1 デジタル・フィルタリング
- 移動平均フィルタシンプルで効果的。
- カルマンフィルター動的システムの状態推定に最適
- ローパスフィルタリング高周波ノイズの除去
5.2 温度補償
高品質のシャントはTCRが低いにもかかわらず、広い温度範囲でソフトウェアによる補正が必要です。抵抗値は、シャント（NTCセンサー）の温度を取ることによってリアルタイムで補正されます。
5.3 クーロン・カウンティング
SOC計算におけるアンペア時間積分は、高精度の電流サンプリングが必要であり、サンプリング周期が短く精度が高いほど、SOC累積誤差は小さくなる。
信頼性設計
6.1 冗長設計
二重センサーの冗長性は、重要なアプリケーションシナリオに推奨されます：
- シャント＋ホールセンサー二重検出
- 独立した2つのシャント検出回路
6.2 トラブルシューティング
- 開回路検出：シャント接続状態の監視
- レンジ・キャリブレーション：信号が妥当な範囲にあるかどうかを検出する。
- 整合性チェック：冗長チャンネルデータの比較
6.3 EMC設計
エネルギー貯蔵システムには複雑な電磁環境が要求される：
- 信号線にはシールド付きツイストペアケーブルを使用する
- デジタルとアナログの分離に配慮したPCBアライメント
- 適宜フィルター回路を追加する
VII.国内基準への準拠
蓄電BMSの電流検出は、関連する国家規格に準拠する必要がある：
- GB/T 34131-2023電気エネルギー貯蔵用電池管理システム技術仕様書
- GB/T 43528-2023電気化学エネルギー貯蔵電池の管理通信に関する技術要件
- GB/T 36558-2018電力システム用電気化学エネルギー貯蔵システムに関する一般技術条件
まとめと展望
蓄電システムの電流監視はBMS設計の核心部分であり、システムの安全性、経済性、信頼性に直結する。エネルギー貯蔵の規模が拡大し、要求精度が向上するにつれて、高度な信号調整技術と組み合わせた高精度シャントは、エネルギー貯蔵の分野で重要な役割を果たし続けるでしょう。将来的には、デジタル技術とインテリジェント技術の発展に伴い、電流監視はAIアルゴリズムと深く組み合わされ、より正確な電池状態の推定と予知保全を実現するようになるだろう。
