DukosiのワイヤレスBMS：インテリジェントなセルレベルチップで配線ハーネスを排除

電動化の世界的な流れ、特に電気自動車（EV）において、バッテリー監視は安全性と寿命の確保に不可欠となっています。英国のイノベーターDukosiは、専用のシリコンチップとファームウェアを各リチウムイオンセルに埋め込むワイヤレスソリューションでBMS市場に革新をもたらそうとしています。これにより、かさばる配線ハーネスを排除し、バッテリーパックに直接インテリジェンスを追加します。

Dukosiの創業者兼CTOであるJoel Sylvester氏との対談で、同社の技術が既存のワイヤレスBMS製品とどう異なるか、バッテリー業界に何を意味するかを探りました。

「EV、バス、船舶、グリッド蓄電に用いられる大型高電圧リチウムイオンパック向けに、セル監視デバイスを開発しました」とSylvester氏は説明します。「これらの用途では、セル電圧、温度、電流を精密に監視し、安全性を確保し寿命を延ばすことが求められます。」

Dukosiの革新の核心は、コンパクトなCMOSチップと独自ソフトウェアの組み合わせで、各セルの電圧、電流、温度、その他の主要パラメータを個別に測定します。

このソリューションを際立たせているのは、チップがセル自体に配置されている点です。「セルレベルでインテリジェンスを統合することで、ハードウェアのフットプリントを最小限に抑えながら、あらゆるサイズ、形状、構成の柔軟なパック設計を可能にします」とSylvester氏は語ります。「これは、メーカーがバッテリーを監視・管理する方法を根本的に変えます。」

潜在的な顧客と話す際、第一の関心事は常に配線ハーネスの排除です。「ハーネスは信頼性を低下させ、安全リスクを生み、設計・製造コストを膨らませます」と同氏は指摘します。「当社のシステムは、全セルで一貫した高品質な測定を提供し、パック性能を大幅に向上させます。」

高度なバッテリー管理の必要性

正確なバッテリー監視は、特にEVにおいて安全性と最適なパフォーマンスに不可欠です。従来のBMS設計はレガシーな配線と集中監視に依存しており、煩雑でエラーが発生しやすいものでした。Dukosiの真のワイヤレスアプローチは、エッジコンピューティングを活用して高速かつ柔軟なデータ収集を実現します。

BMSの主な機能は、安全な充放電サイクルを維持し、セルを劣化、損傷、火災から保護することです。安全性に加え、精密な充電状態（SoC）測定により正確な航続距離推定が可能になり、航続距離への不安を軽減し、充電時間を短縮します。温度、電圧、サイクル数の長期データは、健全性状態（SoH）評価に役立ち、セカンドライフ用途とコスト効率の良いリサイクルに不可欠です。

配線：持続的な課題

配線ハーネスは、48V鉛蓄電池UPSのような低電圧システムでは許容されますが、同じ原理を過酷で狭い環境下の高電圧EVパック（最大800V）に適用するのは問題があります。過大なケーブルは重量を増し、スペースを占有し、設置の複雑さを増します。既存のワイヤレスソリューションは、モジュールあたり複数のセルを多重化することが多く、監視できるセル数が制限され、ストリングが長くなるにつれて測定精度が低下します。

従来のワイヤレスBMSの主な欠点：

• モジュールあたりのセル数制限（12〜16セル）：マルチプレクサの耐電圧制約による
• 遠方のセルでノイズ拾い上げが増加し、精度が低下
• RFアンテナの見通し通信に依存し、予測不能なレイテンシが発生

エッジコンピューティング：Dukosiの優位性

Dukosiは、各セルに独自のマイクロコントローラを搭載することでエッジコンピューティングを採用しています。超低消費電力CMOSチップがセルから直接電力を得るため、アナログ多重化が不要になり、最適な測定精度を確保します。ローカル処理で生データを解釈し、独自の組み込みソフトウェアで簡潔な集約情報を送信します。

外部システムとの接続は、特許取得済みのNFC技術で実現します。バッテリーパック周囲に薄い低電圧ループを配置し、各センサーのループとミリメートル単位の距離で誘導結合させます。この設計により、最高パック電圧でも電気的絶縁を維持しながら、高速で堅牢なデータリンクを提供します。各ICは固有の識別子を持ち、無線マネージャーによってポーリングされ、データが車両のメインエレクトロニクスに転送されます。アーキテクチャ全体がASIL C安全基準を満たし、ASIL D定格パックにも適しています。

各セルに「常時オン」のインテリジェンスを埋め込むことで、使用状況と性能データの継続的なログ記録が可能になり、リアルタイムのSoH分析とバッテリー寿命全体にわたる包括的な出所追跡を実現します。ハードウェア、ケーブル、設置コストを削減することで、DukosiのソリューションはあらゆるEVタイプと広範なエネルギー貯蔵市場に長期的なメリットをもたらします。

Sylvester氏は、真の破壊的革新はセルごとのアプローチにあると強調します。「既存の市場製品は依然として1990年代後半の設計に似ており、モジュールあたりのセル数と電圧の向上に焦点を当てています。当社の技術は測定精度を優先し、各セルを個別に監視することで、電圧、温度などにおいて業界トップレベルの精度を提供します。これにより、メーカーは追加のコネクタやハーネスなしでパックを組み立てられ、設計を大幅に簡素化し、信頼性を高められます。」

詳細については、Embedded Edge with NitinポッドキャストでのJoel Sylvester氏のフルインタビューをお聞きください。