BMU(Battery Monitoring Unit、電池監視ユニット)は、BMS(Battery Management System、電池管理システム)の階層構造の中で、モジュール単位のセル監視・制御を担う中位階層のサブシステムである。系統用蓄電所のBMS全体は「セル監視IC(CMS:Cell Module Supervisor)→BMU(モジュール)→BCMS(Battery Cluster Management System、ラック)→BMS-S(System、コンテナ・サイト全体)」の4階層構造を持ち、BMUは下位のCMSデータを集約して上位のBCMSに転送する重要な中継機能を担う。

BMUの主要機能は、(1)モジュール内全セルの電圧監視(各セル±数mV精度)、(2)モジュール内温度監視(複数NTCサーミスタ多点配置)、(3)モジュール電流計測(充放電方向別、ホール効果センサ・シャント抵抗)、(4)モジュールSOC・SOH推定(クーロンカウンタ+OCV補正+カルマンフィルタ)、(5)パッシブ・アクティブセルバランシング(個体差解消)、(6)保護機能(過充電・過放電・過電流・過温度・短絡保護)、(7)モジュール内通信(CMSとのデイジーチェーン)、(8)上位BCMSとの通信(CAN、Modbus、IEC 61850)、(9)異常検知・警報送信、(10)データロギング(短期記憶)、で構成される。

BMU設計の主要論点は、(a)セル数対応(モジュール内のセル直列数、典型的に14〜16セル)、(b)電圧計測精度(±5〜10mV、フルスケール5V程度)、(c)電流計測範囲(充放電数百A)、(d)温度計測点数(モジュール内4〜8点が標準)、(e)バランシング能力(パッシブは抵抗放電、アクティブは余剰電力をdrain側からドナー側に移転)、(f)通信プロトコル(CAN-Bus、SPI、UART等の選択)、(g)電源供給(モジュール電源駆動、または外部DC供給)、(h)耐環境性(温度-40〜+85℃、振動・湿度耐性)、(i)EMC(電磁適合性)、(j)機能安全(ISO 26262:自動車用、IEC 61508:産業用)、で多面的に評価される。

主要BMUベンダー・チップメーカーは、(i)半導体専業:Analog Devices(旧Linear、LTC6804等)、Texas Instruments(BQ76920等)、Maxim、NXP、Renesas、ON Semiconductor、(ii)電池メーカー内製:CATL、BYD、LG ES、Samsung SDI、Panasonic等は自社BMU開発、(iii)独立系BMSメーカー:Nuvation Energy(カナダ)、BMS PowerSafe(フランス)、Lithium Balance(デンマーク)、(iv)日系:日清紡マイクロデバイス、ローム、で多様な選択肢がある。

蓄電所事業での評価論点は、(A)信頼性:MTBF(平均故障間隔)50,000時間以上が標準、(B)寿命:20年事業期間に対応する設計、ファームウェア更新性、(C)保証:BMU単体保証 vs 電池モジュール一体保証、(D)保守性:故障時の交換可能性、診断機能、(E)データ収集:上位EMSとの統合性、AI予知保全への活用、(F)サイバーセキュリティ:通信暗号化、認証、(G)国際規格適合:IEC 62619、UL 9540A、(H)ファームウェア更新:OTA(Over the Air)対応、(I)将来拡張:CTPC・CTRetc.の新設計対応、で評価される。BMUの品質・性能は蓄電所の安全性・収益性・寿命に直結する戦略的要素であり、機器選定時の重要審査項目となる。

主な出典・参考情報

  • IEC(国際電気標準会議)規格群(IEC 62933、IEC 62619、IEC 61850等)
  • IEEE(米国電気電子学会)標準(IEEE 1547、IEEE 2030.5等)
  • JIS(日本産業規格)電気・電池関連規格
  • UL認証規格(UL 9540、UL 9540A、UL 1973等)
  • 各メーカー製品仕様書・技術資料
  • NEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)技術ロードマップ