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Sentinel バッテリー管理システム

注：以下では「セル」と「モノブロック」という用語は区別なく用いられています。

予備バッテリーモニタリング分野でLEMはどのような業務を行なっていますか？

LEMはスイスを本拠地とする高品質のハイテク部品の製造会社で、特にホール効果およびフラックスゲート電流測定器の分野では世界をリードする製造メーカーです。LEMは25年以上の間バッテリーの電流および電圧というパラメータの測定を行ってきた実績があります。LEMの電流変換器はBESS Alaskaという定格45 MW, 50,000 Vの世界最大のバッテリーをモニター可能です。

2003年にLEMはその革新的な特許取得済みバッテリー解析・モニタリングシステムが多くの業界内および政府の賞を受賞してきたGuardian Linkと合併いたしました。この高度の技術は、予備バッテリーシステム用に製造されてきた最もコスト効率のよいインテリジェントトランスデューサーにLEMによって現在取り入れられつつあります。

定期保守でなく連続モニタリングが必要な理由は何ですか？

定期保守は確かに重要ですが、保守期間と保守期間の間に問題が発生し、それによってバッテリーが仕様通りに動作しなくなる場合もあります。

さらにもしサーマルマッピングやノイズ・リップル測定を含む幅広い定型的保守作業を型通りに行なわないと、これらの検査は完全に有効なものではなくなってしまうこともあります。例えば、IEEE推奨の保守手順を正しく実行したにもかかわらず、米国のUPS宅配便はその300万ドルのバッテリー設備の40％を設計寿命の半分にも満たないうちに失っています。試験後に施設技術部長Joseph Parrino氏が下した結論は、突発故障を最小限に留めるには、連続モニタリングシステムが早期の検出において不可欠のものであるというものであった。（Proc. BATTCON 2004）

Sentinelシステムとは何ですか？

Sentinelシステムは単一のチップ（集積回路）を中核とする予備バッテリーの連続モニタリングシステムです。モジュールは公称電圧2.0 V – 12 Vの単体のセルあるいはモノブロックと一体化しています。Sentinelはセル端子電圧、セル温度およびセルインピーダンスを測定するインテリジェントトランスデューサーです。セル電圧は静止（フローティング）状態でも動的（放電）状態でも測定します。

Sentinelシステムはコスト効率が良いですか？

連続モニタリングを行うと、突発故障が防げるだけでなく、保守回数を減らせてまた早期の検出によって、バッテリー全体がだめになる前に先回りして問題のあるセルを交換することが可能となります。

しかしながら多くのバッテリーモニタリングシステムは、バッテリー自体のコストの40％から50％のコストがかかります。装置のコストに加えて、設置に要する費用などの“隠れた”コストとしてその25％から200％のコストが交換用セルの費用に上乗せして必要となります。

LEMではバッテリーモニタリングは重要で有効なモニタリングをバッテリー自体のコストの10％-15％を超えずに行うべきであると考えています。

Sentinelキットはまた前もって終端処理した通信リンクとパワー＆センスリード線を備えており、通常の場合、他のシステムの設置時間の25%の時間で設置できるように設計されています。これによって1年未満のROIが実現可能となります。

Sentinelシステムには何か特別なメリットがありますか？

このシステムによって初めてセル温度、インピーダンスおよび端子電圧のすべてが単体セルまたはモノブロック用の単一のモジュールで測定可能になりました。正確な温度、放電、フロートおよびリップル電流測定がすべて可能なSentinelシステムは現在利用できる最も包括的なバッテリーモニタリングシステムです。

Sentinelシステムは単なるインテリジェントトランスデューサーモジュールにすぎないのですか？

答えはNoです。このシステムにはまた2つの極めてコスト効率の良いモニターが含まれています。そのうちの一つは最高250個のセルと4つのストリングに対応するもので（マクロガード）、画像表示、解析およびアーカイビング用のPCソフトフェアプログラム（セルビュー）が装備されています。

さらにLEMでは予備バッテリーシステム専用の高品質なフロート・放電電流変換器を製作しています。

Sentinelモジュールはセルから電源供給されていますが、セルがすぐ切れませんか？

Sentinelモジュールはこれと一体化したセルから電源をとっていますが、実際にセルの測定を行っている時（5 - 10分おきに1/10秒未満）以外は、スリープモードで動作するように設計されています。Sentinelはスリープモードではセルから1/1000アンペア未満の電流しか得ていません。フロートチャージ時、充電電流には何の影響もありません。

バッテリーがしばらくの間“オフライン”になったらどうなりますか？

バッテリーがある期間開路状態のままでいると、Sentinelはモニタリングシステムによによってポーリングされない限りスリープ状態になります。モジュールは正常状態で動作したままであれば、平均して月当り1アンペア・時の電源をセルからとります。

室内周囲温度ではなくセル温度をモニタした方がよいのはなぜですか？

あまり一般的ではありませんが、ある種のセルにおいてはまだ熱散逸の脅威が存在します。室内周囲温度をモニタしても初期の熱散逸状態は検出されません。Sentinelモジュールは実際のセル表面温度をモニタし、セル温度異常を検出し、熱散逸が生じる前に警報を発します。

Telstra Laboratories & Bell Communicationsの研究により、個々のセル端子電圧のわずかな上昇が熱散逸状態を引き起こすのに十分であることがわかりました（Proc. INTELEC 1996）。Telstra & Bellにより200時間未満の期間に意味があることがわかっているので、たとえサーマルマッピングを実行したとしても、定期保守によってこのような状態を検出することは期待できません。

異なるブロック電圧に対しては異なるSentinelを用意する必要がありますか？

Sentinelの電源は1.5 Vから15 Vの間で自然に電圧調整を行ないますので、“特定のブロック用の”Sentinelを注文する必要はありません。さらに、Sentinelはどのようなブロック電圧に対してもインピューダンス信号テストレベルを自動的に最適化します。

インピーダンステストによりDCリンクにノイズが発生しますか？

いいえ発生しません。個々のセルを現場で試験するのがバッテリー端子にノイズが発生するのを防ぐ最良の方法です。これはさらに充電器、インバータあるいはシステム構成要素がインピーダンス測定に干渉してくるのを防ぐ最適の方法でもあります。

Sentinelは信頼できるインピーダンス測定をどのように保証していますか？

フロートチャージ時にセルから誤った測定値を得るのを防ぐためには、回路内にある「表面」電荷を貫通するのに十分な電流レベルでセルを試験することが非常に重要です。Sentinelのテストパターンは試験電流を最適化するようにプログラムされていて、この問題の発生を最小限に抑えます。

いったい、故障発見にインピーダンスはどのくらい有効なのですか？

セルのインピーダンス／コンダクタンス／抵抗を測定することは現在までのところ劣化や初期の故障を発見する最も強力な方法です。

インピーダンスはほとんどの場合セルの劣化と共に、あるいは、耐用期間にわたって指数関数的に変化することが知られていて、セルのインピーダンス値の傾向はこの状態変化を最も忠実に反映しています。

インピーダンス、コンダクタンスそして抵抗のうち最も有効な試験方法はどれですか？

様々な会社が自社の装置に適しているかどうかでこれらの方法のうちのどれかを推奨するでしょう。実際には、もし試験が“合理的に”（即ち、どんな周波数や試験電流レベルがどのようなセル反応を引き出すかを知ったうえで）行なわれれば、これらの方法の間にはほとんど差がありません。

コンダクタンスは結局のところセル抵抗の逆数にすぎず、抵抗はある試験周波数帯域においてはインピーダンスと同じものです。

Sentinelは安全ですか？

Sentinelモジュールは国際的な安全基準に準拠した設計となっており、定格が600 V DCとなっています。また通信リンクはすべてのモジュールにおいて5,000 Vまで分離されています。Sentinelの筐体は、過失による損傷によって感電するのを防ぐため、厳しい条件で衝撃試験を受けており、抵抗指数の高い難然性の材料で作られています。SentinelはまたすべてのEMC基準に適合していることを試験により確認しています。

SentinelのPower and Sense Lead（PSL）もまた定格600 V DCで、PSLと通信用リード線に二重分離ケーブルが使用され、業界基準に適合しています。

Sentinelは故障があった場合、ショートを起こしませんか？

すべてのSentinelは内部で結合しており、故障時には開きます。モジュールが過熱するとSentinelは直ちにすべての電源部品をオフにします。

Sentinelは“単一線”通信システムなので、通信障害起きたらどうなりますか？

回路には能動部品がありませんので、システムの保全性は極めて高いです。通常の設備では必要がありませんが、安全性を高めるために、回路内の最後のモジュールを（最初のものに加えて）モニターに接続することがあります。

リング状にすることで通信システムの保全性は2倍になり、故障の可能性は事実上なくなります。

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