新しいバッテリー管理システムによりEVの航続距離が20パーセント向上する可能性がある

ジョナサン M. ギトリン - 2023 年 1 月 4 日午後 3 時 30 分 UTC

過去数年間で電気自動車に起こった最もエキサイティングな開発の 1 つは、ニッケル、マンガン、コバルトなどの鉱物を使用する、より伝統的なリチウムイオン化学の代替品としてのリン酸鉄リチウム電池の開発です。 現在、新しいバッテリー管理システム (BMS) により、これらのバッテリーを搭載した EV の航続距離予測がより正確になる可能性があります。

LiFePO4（LFP）電池は、この技術を最初に開発した米国とカナダの研究者と署名された一連の独占的特許ライセンスのおかげで、昨年まで主に中国のEVメーカーの専売特許であった。 しかし、これらの特許は期限切れになり、中国以外の自動車メーカーがLFPバッテリーを採用し始めている。

LFP セルは、同等の NMC セルやニッケルコバルトアルミニウムセルよりも極寒の気候を嫌い、また、蓄えるエネルギーも少なくなります。 しかし、その最後の部分は、実際にはこの化学反応の利点である可能性があります。LFP パックは衝突時に燃焼または爆発する危険がないため、パックを重い保護シェルで囲む必要性がはるかに低くなります。

これは、セルのエネルギー密度は低くても、より多くの体積が衝突構造ではなくバッテリーセルに割り当てられるため、実際にはパックレベルでのエネルギー密度が増加することを意味します。 LFP バッテリーは、NMC または NCA パックよりも耐用寿命が長くなります。 LFP セルは、2022 年時点で NMC セルよりも kWh あたり約 20% 安価でした。

したがって、テスラが 2021 年に多くの車で LFP セルに切り替え、フォードが今年マスタング マッハ E に、2024 年に F-150 ライトニング ピックアップ トラックに LFP セルを追加することも不思議ではありません。

LFP バッテリの化学的性質から最大限のメリットを得るために、テキサス インスツルメンツは、既存のシステムよりもはるかに感度の高い新しい BMS (バッテリ パックとセルの両方用) を開発しました。 「私たちの前の世代では、3.5 ミリボルトまで下げることができましたが、これは最先端の技術です。この最新世代では、約 3.5 倍の 1 ミリボルトにまで改善されています」と Sam Wong 氏は説明しました。 TI で BMS に取り組んでいます。

LFP セルの放電曲線は非常に平坦であるため、これが必要になります。 TIのEVパワートレインのマーケティング担当マネージャー、マーク・ン氏は、「4ボルトから始まり、下がっていき、非常にフラットな状態が続く」と説明する。 「70パーセントの充電から30パーセントの充電にあるとき、その領域では[放電曲線]は平らなままであり、この1ミリボルトの精度が必要になるのです。なぜなら、私の正確さがなければ、充電しているかどうか見当がつかないからです」 「充電は70パーセントか40パーセントです」とン氏は私に語った。

この誤差は、BMS の精度がわずか 10 mV であるのに比べ、300 マイル (483 km) の EV の場合、最大 63 マイル (100 km) になる可能性があります。 より正確な BMS は、NMC または NCA の化学反応にも役立ちますが、程度ははるかに低いですが、誤差の範囲が 300 マイルの EV の約 6 マイルから約 0.5 マイルまで改善されています。

新しい BMS には、最も厳しい ASIL-D 自動車安全基準を満たす機能安全上の利点もあります。 「このデバイスを使用すると、チップ内の冗長性を使用して電圧を 2 回測定し、互いに一致しない場合に何か問題があることをシステムに伝えることができます。これはほとんど投票システムのようなものです。」と私は言っています。このバッテリーは 4 ボルトですが、相手側は 3 ボルトと言っています。「[バッテリー] に何か問題があるに違いありません」と Ng 氏は説明しました。

さらに、新しい BMS は 400 V と 800 V の両方のパックに対応でき、無線で指定できるため、ゼネラル モーターズは TI の技術の初期バージョンを使用して Ultium パック ファミリにすでに採用しており、銅線の必要性が減少します。パック内の配線が不要になり、コストと重量の両方が削減されます。