I. BMS電流検出の重要性
バッテリー・マネージメント・システム（BMS）は、新エネルギー自動車の中核的な安全コンポーネントであり、電流検出はBMSの最も重要な機能の1つです。正確な電流測定は直接的に影響します：
- SOC推定精度電流積分はSOC計算の基礎であり、電流測定誤差が累積してSOC偏差を引き起こす可能性がある。
- SOH評価充放電電流特性によるバッテリーの健全性分析
- セキュリティ保護過電流保護、短絡保護はリアルタイム電流監視に依存します。
- 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には正確な電流フィードバックが必要
GB/T 38661-2020「電気自動車用バッテリー管理システム技術条件」によると、BMSの電流測定精度は±1%FS以下が要求され、一部のOEMは±0.5%FSまたはそれ以上を要求している。
シャント電流検出プログラム
2.1 動作原理
シャントは、バッテリーの主回路に直列に接続された精密な低抵抗抵抗です。電流が流れると、オームの法則V=IRに従って、電流に比例した電圧降下がシャントを横切って発生する。この微小電圧を高精度ADCで測定することで、電流値を算出することができる。
2.2 シャント・プログラムの利点
- 高精度最大0.1%クラスの精度、優れた直線性
- 安いホールセンサーに対するシャントのコスト優位性
- 高帯域幅応答速度が速く、高周波電流の変化を検出します。
- ゼロ・ドリフトなしホールセンサのゼロ点温度ドリフト問題なし
- 高信頼性電源不要、純粋なパッシブ・デバイス、極めて低い故障率
2.3 シャント・プログラムの課題
- 電力損失大電流は発熱するため、放熱を考慮する必要がある。
- 非絶縁測定シャントは高電圧バスに直接接続されるため、低電圧側を保護する絶縁回路が必要となる。
- 同相電圧ハイサイド検出時のコモンモード電圧が高く、オペアンプが必要。
2.4 典型的なパラメータ選択
EV BMSにおけるシャントの代表的なパラメータ範囲：
- 抵抗：25μΩ～100μΩ
- 定格電流：±500A～±1000A
- TCR: ≤50ppm/°C
- 精度：0.5%以上
III.ホール効果電流センサー・プログラム
3.1 動作原理
ホールセンサーはホール効果を利用して電流測定を実現する。測定された電流は磁界を発生させ、ホール素子は磁界の変化を感知して電圧信号出力に変換する。動作モードにより、オープンループとクローズドループの2種類に分けられる。
3.2 オープンループのホールセンサー
- シンプルな構造と低コスト
- 平均精度、約1-3%
- 大きな温度ドリフト、約 1%/°C
- 帯域幅は限られており、通常は<50kHz
3.3 閉ループ・ホールセンサー
- 磁気バランスをとる原理の採用、より高い精密（およそ 0.5%）
- オープンループ以下の温度ドリフト
- 最大100kHz以上の高帯域幅
- コスト上昇
3.4 ホールセンサの利点
- 自然隔離被試験回路と出力信号の電気的絶縁
- 電力消費なし主回路に損失なし
- 取り付けが簡単非接触測定、回路の切り離し不要
3.5 ホール・センサーの欠陥
- ゼロ点ドリフト温度変化により、微小電流測定に影響を与えるゼロシフトが発生する可能性があります。
- ヒステリシスヒステリシスエラーあり
- 干渉を受けやすい外部磁場は測定精度に影響を与える
- コスト上昇特に高精度クローズドループ製品
IV.2つのプログラムの包括的比較
| 比較プロジェクト | スプリッタープログラム | ホールセンサ・ソリューション |
|---|---|---|
| 正確 | 0.1%～0.5%、良好 | 0.5%-3%、一般 |
| (製造原価 | 低 | 中高 |
| アイソレーション | 絶縁回路の追加が必要 | 自然隔離 |
| 電力浪費 | 有 | なし（主回路） |
| 温度安定性 | 好 | 通常 |
| ゼロ点ドリフト | 无 | 有 |
| 帯域 | 高 | 控えめ |
| 設置の複雑さ | 回路に接続する必要がある | 非接触設置 |
V. 新たな技術トレンド
5.1 フラックスゲート・センサ
シャントの高精度とホールセンサの絶縁特性を併せ持つフラックスゲートセンサは、新世代BMSでますます使用されるようになっている。精度は最大0.1%、温度ドリフトは最大0.1%です。<0.01%/°Cであり、ハイエンドの電気自動車に適したソリューションである。
5.2 TMR電流センサー
トンネル磁気抵抗（TMR）効果センサーは、低エネルギー消費、低温ドリフト、高感度などの利点を持つ最新世代の磁気感応素子であり、将来的には従来のホールセンサーに取って代わるものと期待されている。
5.3 統合プログラム
シャント・インターフェイス、アンプ、ADCを統合してシステム設計を簡素化する電流検出機能内蔵のBMSフロントエンド・チップを発表するチップ・ベンダーが増えている。
VI.アプリケーション選択の推奨
- 精密さが要求される、コスト重視のアプリケーション高精度絶縁型ADCによるシャント・ソリューションの選択
- 高い絶縁性と限られた設置スペースが要求されるアプリケーション閉ループホールセンサの選択
- 高級車、性能要求の高いアプリケーションフラックスゲート・センサーの考察
- 冗長設計を必要とする機能安全アプリケーションシャント・センサとホール・センサのデュアル検出が可能
まとめ
新エネルギー車のBMS電流検出の分野では、シャントとホールセンサーにはそれぞれ長所と短所があります。高精度、低コスト、ゼロドリフトのないシャントは、高性能アプリケーションの追求において重要な位置を占めています。一方、ホールセンサーは、自然な絶縁と容易な設置という利点があり、いくつかのシナリオでは代替不可能です。エンジニアは、特定のアプリケーション要件、コスト予算、システム・アーキテクチャを総合的に考慮して、最適なソリューションを選択する必要があります。電気自動車の航続距離と安全要件が向上し続ける中、高精度で信頼性の高い電流検出技術は進化し続けるでしょう。
