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バッテリーマネジメントシステム（BMS）とは？～リチウムイオン電池を支える「頭脳」～

Atsushi Morita

皆さま、こんにちは。

IDAJの森田です。

今回は、マルチフィジックス・システムシミュレーションツール「GT-SUITE」の開発元である、Gamma Technologiesが公開しているBLOGの内容を翻訳および一部改修・追記してご紹介します。

人体になぞらえて考えるBMSの役割

突然ですが・・・お気に入りのパン屋に入った場面を想像してみてください。

棚に並ぶさまざまなパンやお菓子が目に入ります。オーブンの稼働音が耳に届き、店内の暖かさを肌で感じます。焼きたてのパンの香りを鼻が捉え、パンと一緒に購入したコーヒーが熱すぎるかどうかを舌が教えてくれます。こうした五感から得られる情報はすべて脳に送られ、脳がそれらを処理して、どのように反応するかを決定します。

では、リチウムイオン電池（LIB）を一つの生きたシステムとして考えてみましょう。

電池が安全かつ正常に機能し、長期間使用できる状態を維持するには、神経に相当する部分にあたるセンサーや配線などのハードウェアと、脳に相当する部分にあたる情報を処理して判断を行うソフトウェアが連携する必要があります。この知的なシステムが、バッテリーマネジメントシステム（BMS）です。

リチウムイオン電池は、民生用電子機器から電気自動車（EV）まで、幅広い用途で使用されています。高いエネルギー密度、長いサイクル寿命、低い自己放電率を備えているため、ニッケルカドミウム電池や鉛蓄電池など、他の二次電池と比べて優れた選択肢とされています。ただし、安全性と長寿命を確保するには、下図に示す厳格な電圧と温度範囲内で動作させる必要があります。

リチウムイオン電池の動作領域

リチウムイオン電池の動作領域

ここでBMSが重要な役割を果たします。BMSは中枢神経系のように、ハードウェアとソフトウェアを組み合わせ、“感覚器官”に相当するセンサーから情報を収集します。そして、安全性を確保しながら性能を最適化するためにリアルタイムで判断します。

BMSの複雑さは用途によって異なります。電子書籍リーダーやスマートフォンなどの機器では、比較的シンプルな構成が採用される場合がありますが、船舶推進システム、電動垂直離着陸機（eVTOL）、電気自動車（EV）などの大規模な電動化システムでは、より多くのセンサー、高度なアルゴリズム、堅牢な安全設計を備えた高度なシステムが必要です。

BMSそのものについて

私たちの感覚器官が脳へ情報を送り、脳がその情報を解釈して意思決定を行うのと同様に、バッテリーパックから取得されるあらゆる測定情報は、最終的にシステムの頭脳であるBMSへ集約されます。BMSは単にデータを収集するだけではありません。バッテリーの健全性と性能を継続的に評価し、安全性、効率性、長寿命を確保するための判断をリアルタイムで行います。

バッテリーマネジメントシステムの概念図

バッテリーマネジメントシステムの概念図

BMSは、充電状態（SOC：State of Charge）、劣化状態（SOH：State of Health）、出力状態（SOP：State of Power）などの内部状態の推定から、保護動作の判断、制御指令の発行に至るまで、バッテリーのあらゆる動作を統括します。ノイズを含む信号を処理し、急激な変化に対応するとともに、セルやモジュールのばらつき、動作条件の違いにも適応しなければなりません。同時に、サイズ、コスト、消費電力、処理時間に関する厳しい制約も満たす必要があります。

まとめ

本ブログは、バッテリーマネジメントシステム（BMS）に関する解説しました。別記事では、BMSの概要、アーキテクチャ、用途に加え、シミュレーションがBMSの設計、試験、検証をどのように支援するのかを解説していますので併せてご覧ください 。さらにModel-in-the-Loop、Software-in-the-Loop、Hardware-in-the-LoopなどのXiLアプローチも取り上げます。

BMSについて短時間で学べる解説や視覚的な説明については、YouTubeのBMSプレイリストをご覧ください。

 

出典：Gamma Technologies Blog（2025年11月13日公開）

What is a Battery Management System (BMS)? The Brain Behind Lithium-Ion Batteries

 

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