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2024年の世界バッテリー管理システム業界の主要トレンドと競合分析：Spherical Insights and Consulting
公開日: 6月 2025
業界概要:
バッテリー管理システム（BMS）技術は、バッテリーパックの監視に特化した技術です。バッテリーパックは、予想される負荷シナリオに対して、一定期間、目標とする電圧と電流の範囲を供給できるように、行×列のマトリックス構成に電気的に配置されたバッテリーセルの集合体です。あらゆるリチウムイオンバッテリーパックを監視し、管理するインテリジェントな部品は、バッテリー管理システム（BMS）と呼ばれます。これはバッテリーの頭脳として機能し、バッテリーの寿命、性能、安全性、充電率に極めて重要です。バッテリーパックは、予想される負荷シナリオに対して、一定期間、目標とする電圧と電流の範囲を供給できるように、行×列のマトリックス構成に電気的に配置されたバッテリーセルの集合体です。バッテリー管理システム（BMS）は、バッテリーパックの監視に特化した技術です。バッテリーセルの温度と電圧レベルは、BMSによって常に監視されています。これにより、ユーザーはすべてのセルが調和して機能していることを保証し、バッテリーの性能を損なう可能性のある不均衡や変動を回避できます。このプロアクティブな監視により、バッテリー パックの効率が最大化され、バッテリー パックの寿命全体にわたって安定した電力生産が可能になります。
市場統計分析
世界のバッテリー管理システム市場規模予測（2032年まで）
- 世界のバッテリー管理システム市場規模は、2022年に79億米ドルと評価されました。
- 市場規模は2022年から2032年にかけて19.8%のCAGRで成長する見込み
- 世界のバッテリー管理システム市場規模は2032年までに484億米ドルに達すると予想されています。
- アジア太平洋地域は予測期間中に最も急速に成長すると予想されています
BMSの動作
バッテリー管理システム（BMS）の主な役割は、電圧、電流、温度、充電状態など、さまざまな要素を監視・制御することで、バッテリーの安全かつ効率的な動作を確保することです。BMSは、安全動作範囲を超えるパラメータを修正し、損傷や安全上のリスクを回避します。例えば、バッテリーが過充電状態にあることを検知した場合、BMSは損傷を回避するために充電電流を下げることがあります。同様に、バッテリーが過熱し始めた場合、BMSは冷却システムを起動することができます。BMSを構成するさまざまなコンポーネントは、連携してバッテリーの性能を制御します。これらのコンポーネントには、センサー、通信インターフェース、マイクロコントローラー、制御回路などがあります。
- マイクロコントローラ：マイクロコントローラはBMSの主要な処理ユニットです。複数のセンサーから情報を収集し、その情報に基づいてバッテリーの動作を最適に制御する方法を決定します。
- ディスプレイ:温度や充電レベルなどの現在のバッテリーパフォーマンスデータを表示するディスプレイは、いくつかの BMS システムの機能です。
- センサー：電圧、電流、温度、充電レベルなど、バッテリーのパラメータの大部分はセンサーによって追跡されます。これらのセンサーは、マイクロコントローラがバッテリーの動作方法を決定するために必要なデータを提供します。
- アラームと安全機能：BMSシステムのアラームと安全機能は、過充電や過熱など、バッテリーに問題が発生する可能性をユーザーに通知します。これらの機能により、事故の可能性を低減し、バッテリー寿命を延ばすことができます。
- バッテリーバランサー：バッテリーバランサーは、バッテリーパック内の各セルの充電と放電がバランスよく行われるように支援します。これにより、バッテリーの損傷を防ぎ、寿命を延ばすことができます。
- 通信インターフェース：通信インターフェースにより、BMSは車載コンピュータなど、様々なデバイスと通信することができます。このインターフェースを通じて、バッテリーの状態や動作に関する重要な診断情報を取得できます。
- スイッチ：スイッチはバッテリーに流れる電気の量を制御します。緊急時や故障時には、バッテリーの接続を切断するために使用できます。
これらのコンポーネントを組み合わせることで、バッテリーのパフォーマンスを監視および維持し、バッテリーが安全かつ効率的に動作することを保証する包括的なシステムが構成されます。
BMSの設計要素は数多くありますが、特に重要なのは容量管理とバッテリーパック保護管理です。バッテリーパック保護管理の主な領域は、パッシブまたはアクティブの温度制御によってバッテリーパックを安全動作領域（SOA）内に維持する熱保護と、SOAを超えた使用によるバッテリーへの損傷を防ぐ電気保護の2つです。
電気管理保護：電流
電気安全は、バッテリーパックの電流とセルまたはモジュールの電圧を監視することで実現されます。バッテリーセルの電気的SOA（動作周囲温度）は、電圧と電流によって制限されます。適切に設計されたBMSは、メーカーが定めたセル定格（リチウムイオンセルの典型的なSOAを示す）を超える動作を禁止することで、パックを保護します。バッテリー寿命を延ばすために、SOA安全ゾーン内に留まるよう、さらなるディレーティングが頻繁に使用されます。リチウムイオン電池は、充電時または放電時に異なる電流制限を有しますが、どちらのモードも短時間であればより大きなピーク電流に耐えることができます。ピーク充電および放電電流制限に加えて、バッテリーセルメーカーは通常、最大連続充電および放電電流制限を定めています。最大連続電流は、電流保護機能を備えたBMSによって確実に適用されます。ただし、電気自動車の急加速など、負荷条件の予期せぬ変化を補償するために、この制限が事前に適用される可能性があります。ピーク電流監視は、BMSによって電流を積分し、デルタ時間後に利用可能な電流を削減するか、パック電流を完全に停止するかを選択することにより実装できます。これにより、BMS は、長期間にわたって過度でない限り、高いピーク需要を許容できると同時に、内蔵ヒューズが作動していない短絡状態などの深刻な電流ピークに対してほぼ即座に反応できるようになります。
電気管理保護：電圧
リチウムイオンセルは特定の電圧範囲内でのみ機能します。選択されたリチウムイオンセルの固有の化学的性質とセルの現在の温度が、最終的にこれらのSOAの限界を決定します。これらのSOA電圧制限は、バッテリーパックでは大量の電流サイクル、負荷需要による放電、そして様々なエネルギー源からの充電が発生するため、通常、バッテリー寿命を最大限に延ばすためにさらに制限されます。BMSはこれらのしきい値にどれだけ近いかに応じて判断を行うため、これらの境界を認識する必要があります。例えば、BMSは高電圧制限に近づくと充電電流を徐々に減らすように要求したり、制限に達した場合は充電電流を完全に停止するように要求したりします。制御を回避するために、シャットダウンしきい値について話しますが、この制限は通常、追加の固有の電圧ヒステリシスの考慮によって補完されます。一方、BMSは、低電圧制限に近づくと、重要なアクティブな負荷に対して電流要件を下げるように要求します。これは、電気自動車の場合、トラクションモーターの許容トルクを下げることで実現できます。当然のことながら、バッテリー パックの回復不可能な損傷を防ぐために、BMS はドライバーの安全を何よりも優先する必要があります。
熱管理保護：温度
リチウムイオン電池は表面上、動作温度範囲が広いように見えますが、低温では化学反応速度が著しく低下し、電池全体の容量が低下します。鉛蓄電池やニッケル水素電池に比べると低温での性能は大幅に向上しますが、0℃（32°F）以下での充電は物理的に問題となる可能性があるため、温度管理は依然として慎重に行う必要があります。氷点下で充電すると、陽極に金属リチウムめっき現象が発生する可能性があります。これは不可逆的な損傷であり、容量を低下させるだけでなく、振動などのストレスがかかる状況下でセルが故障しやすくなります。BMSはバッテリーパックを加熱・冷却することで、温度を調節できます。バッテリーパックのサイズ、コスト、性能目標、そしてBMSと製品ユニットの設計仕様（対象地域（アラスカとハワイなど）を考慮する場合があります）はすべて、実現可能な熱管理に影響を与えます。どのような種類のヒーターを使用する場合でも、必要に応じて外部AC電源またはバックアップバッテリーを使用してヒーターを稼働させる方が効率的です。一方、メインバッテリーパックのエネルギーは、電流消費量が少ない場合は電気ヒーターによって抽出され、それ自体の加熱に使用されます。熱油圧システムを利用する場合、パックアセンブリ全体にポンプで送り出され拡散する冷却剤は、電気ヒーターによって加熱されます。
キャパシティ管理
バッテリーパックの容量を最適化することは、BMSが提供する最も重要なバッテリー性能機能の一つであることは間違いありません。このメンテナンスを怠ると、バッテリーパックは最終的にその有用性を失う可能性があります。この問題の主な原因は、バッテリーパックの「スタック」、つまりセルの連続配置が、リークや自己放電率に関して本質的にわずかに異なり、完全に均一ではないことです。製造工程におけるわずかな差異によって統計的に影響を受ける可能性はありますが、リークはメーカーに起因する欠陥ではなく、バッテリーの化学的性質によるものです。バッテリーパックには最初はよく適合したセルが含まれているかもしれませんが、時間が経つにつれて、充放電サイクル、高温、通常の経年劣化などの要因が、自己放電に加えて、セル間の適合性にも影響を与えます。パック全体の電圧はバッテリーパックの直列セルアレイによって決まり、スタックを充電する際に、隣接するセル間の不一致が問題を引き起こす可能性があります。完全にバランスの取れたセットでは、すべてのセルが均等に充電され、より高い4.0Vのカットオフ電圧レベルに達すると充電電流を停止できます。しかし、バランスが取れていない場合は、最上位のセルが早く充電限界に達するため、下位のセルが最大容量に達する前に、そのレッグの充電電流を停止する必要があります。
BMSの種類
「バッテリーを管理する」という基本的な使命を果たすために、バッテリー管理システムは、多様な技術を組み込むことで、必要に応じて基本的なものから複雑なものまで構築できます。一方、これらのシステムは、バッテリーパックを構成する様々なモジュールやセル上での設定方法と機能に関係するトポロジーに基づいて、いくつかのグループに分類できます。
集中化：
エネルギー貯蔵システムは、システム内のすべてのバッテリーが単一のBMSコントローラーに接続され、バッテリーパック全体を監視・制御する場合、集中型と呼ばれます。このタイプのBMSは、電気自動車や送電網などの大規模エネルギー貯蔵システムで頻繁に利用されています。集中型BMSは、必要なセンサーや通信リンクが少ないため、一般的に分散型BMSよりも安価です。集中型設計では、配線が複雑になる可能性があるため、単一障害点が発生する可能性があります。バッテリーパックの全体像を把握し、システム全体を効率的に制御・管理できることは、集中型バッテリー管理システムの主な利点の一つです。
モジュラー：
BMSは複数の同一モジュールに分割され、それぞれに専用のケーブルが接続され、隣接するバッテリースタックの特定のエリアに接続されます。これは、集中型実装に似ています。これらのBMSサブモジュールは、サブモジュールの状態を監視し、外部デバイスと通信するメインBMSモジュールによって監視される場合があります。モジュール構造が重複しているため、メンテナンスとトラブルシューティングが簡素化され、大型バッテリーパックへの拡張も容易です。欠点としては、総費用が若干高くなること、およびアプリケーションによっては機能が重複したり、十分に活用されていない可能性があることが挙げられます。
配布先:
すべてのバッテリーセル管理システムまたはモジュールが独自の BMS コントローラーを持ち、マスターコントローラーと通信してシステム全体を操作する場合、そのシステムは分散 BMS と呼ばれます。電気自動車や家庭用エネルギー貯蔵システムなどの小規模エネルギー貯蔵システムでは、このタイプの BMS が一般的に使用されています。分散型バッテリー管理システム (BMS) は、バッテリーシステムの変更や追加に対して簡単に調整できるため、集中型 BMS よりも適応性と拡張性に優れていると認識されています。さらに、分散型 BMS は、各セルまたはモジュールに独自の BMS コントローラーがあるため、冗長性とフォールトトレランスを提供できます。一方、センサーと通信インターフェイスには、より高価で複雑な配線が付属している場合があります。分散型と集中型のバッテリー管理システム (BMS) の選択は、バッテリーシステムのサイズと全体的な複雑さ、必要な冗長性とフォールトトレランスのレベル、コスト、配線の複雑さの制限など、いくつかの要因によって左右されます。バッテリーの寿命、パフォーマンス、安全性などの利点を向上させたい場合は、特定のアプリケーションに最適なバッテリー管理システム (BMS) を選択することが不可欠です。
主/従属:
概念的にはモジュラーアーキテクチャに似ていますが、この場合、マスターは外部通信に加えて処理と制御に専念し、スレーブは測定データの中継のみに限定されます。そのため、モジュラー型と同様に、スレーブの機能は一般的に単純であり、オーバーヘッドが少なく、使用されない機能も少ないため、コストは低くなる可能性があります。
電気自動車（EV）向けBMS
一般的に「バッテリーマネジメントシステム」（BMS）と呼ばれる電気機器は、EVバッテリーの性能を追跡・管理するために不可欠です。BMSは、電気自動車で広く使用されているバッテリーの安全な動作に不可欠な3つの要素、温度、電圧、充電レベルを制御します。電気自動車に使用されるバッテリーといえば、高出力密度、低自己放電、そして手頃な価格という理由から、リチウムイオンバッテリーが最も好まれています。しかしながら、リチウムバッテリーを使用した電気自動車の製造には、その利点に加えて、いくつかの安全上のリスクが伴います。リチウムイオンバッテリーは、経年劣化、摩耗、熱暴走、過充電・過放電など、様々な原因により、想定外の状況下で故障したり、発火したりする可能性があるためです。より安全なeモビリティを実現するために、自動車メーカーやOEMは、EVバッテリーが理想的な安全限度内に維持されるように、効率的なバッテリーマネジメントソリューション（BMS）を導入する必要があります。電気自動車のバッテリーは、複数のモジュールで構成されており、各モジュールは個々のセルの集合体で構成されています。各モジュール内の各セルは充放電のペースが異なる傾向があるため、バッテリーパックの性能を監視することは困難です。さらに、エネルギー、状態、温度といった要因はすべて、各セルの挙動に影響を与えます。したがって、より安全かつ効率的に機能させるには、各バッテリーセルを個別に監視する必要があります。ここでBMSが活躍します。BMSはパラメータを定期的に監視し、異常を発見した場合は迅速に是正措置を講じます。この検査により、バッテリーが安全かつ確実に動作することが保証され、効率的で安全な電気自動車をお客様に提供できるのです。
EV のバッテリー管理システムには、分散型と集中型の 2 種類があります。
集中型BMSのコスト効率は、単一の制御ユニットですべてのセルを監視できることにあります。しかしながら、制御ユニットが故障した場合、システム全体が完全な機能停止に陥る可能性があります。一方、分散型BMSでは、システムの耐障害性を高めるために複数の制御ユニットが稼働します。これは、コストの増加と複雑化を伴います。自動車メーカーは、自社のニーズと仕様に最適なBMSシステムを選択します。コスト面では集中型BMSが、信頼性面では分散型BMSが有利となる傾向があります。
以下のガイドラインで示されているように、バッテリー管理システム (BMS) は、さまざまな意味で電気自動車の運用に不可欠です。
- 細胞モニタリング
- 熱管理
- 細胞バランス
- バッテリーの最適化
BMSの利点
用途に応じて、完全なバッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）は、戦略的に配置された数十、数百、あるいは数千個のリチウムイオンセルで構成されます。パックの供給電流は最大300A以上にもなり、これらのシステムの定格電圧は100V未満から800Vまでと幅があります。高電圧パックを誤って使用すると、壊滅的な、場合によっては致命的な事象を引き起こす可能性があります。したがって、安全な動作を保証するために、BMS（バッテリーマネジメントシステム）は不可欠です。
機能安全
これは特に大型のリチウムイオン電池パックにとって賢明かつ必須であることは間違いありません。しかし、例えばノートパソコンに搭載されているような小型の電池パックでさえ、発火して重大な被害をもたらすことが知られています。リチウムイオン電池を搭載した製品では、電池管理の誤りは消費者の安全を脅かすため、稀にしか発生しません。
コストと保証の削減
バッテリーは高価で、時には危険を伴うため、BESSにBMSを追加すると費用が増加します。システムが複雑になるにつれて、安全基準の厳格化が進むため、BMSによる制御も強化する必要があります。しかし、機能安全、寿命と信頼性、性能と航続距離、診断などに関するBMSの保護機能と予防保守は、保証関連費用を含めた総費用の削減を確実にします。
寿命と信頼性
バッテリーパックの電気的および熱的保護管理により、すべてのセルが規定のSOA仕様に従って使用されることが保証されます。細部にまで配慮することで、セルは過酷な使用や急速な充放電サイクルから保護され、最終的には長年にわたる信頼性の高いサービス提供を可能にする堅牢なシステムを実現します。
診断、データ収集、外部通信
すべてのバッテリーセルの継続的な監視は、監視業務の一つです。データ記録は診断に単独で使用することもできますが、アセンブリ内の各セルの充電状態（SOC）を推定するために、他の計算と組み合わせて使用されることがよくあります。このデータの一部はバランス調整アルゴリズムに使用されますが、外部デバイスやディスプレイにバッテリーパックの状態を伝えたり、現在の使用状況に応じて航続距離または航続距離/寿命を予測したり、利用可能なエネルギー量を表示したりするためにも使用されます。
パフォーマンスと範囲
最適なバッテリー容量は、BMSによるバッテリーパック容量管理によって実現できます。BMSは、セル間のバランス調整により、パックアセンブリ全体の近傍セルのSOCを均一化します。自己放電、充放電サイクル、温度の影響、そして経年劣化による変化を考慮に入れたこのBMS機能がなければ、バッテリーパックは最終的に役に立たなくなる可能性があります。
EV向けBMSのメリット
BMS は電気自動車に数多くの注目すべき利点をもたらします。
パフォーマンスの最適化
BMS は、異常やバッテリーの故障に対処するための自動化プロセスを備え、バッテリー パックのパフォーマンスを最大限に高めて、走行距離とバッテリー寿命を延ばすのに役立ちます。
リアルタイムデータと診断
バッテリーのリアルタイム監視、バッテリーの状態に関するログデータ記録、そして不具合の特定はすべてBMSによって行われます。これにより、OEMは問題解決のための予防保守を計画し、顧客満足度を大幅に向上させることができます。
安全性と信頼性
BMSには、過充電、放電、予期せぬ温度変動などに対する完全な監視機能と安全機能が搭載されています。これにより、バッテリーの寿命と安全性が保証され、EVオーナーにとっての事故やバッテリー故障の可能性が低減されます。
バッテリーメンテナンスとBMS
BMSはバッテリーの正常な動作を維持することを目的としていますが、バッテリーの寿命を延ばすためには定期的なメンテナンスが不可欠です。バッテリーを適切に維持するには、乾燥した清潔な状態に保ち、高温から保護し、過充電や放電状態にならないようにする必要があります。BMSは、バッテリーのパフォーマンスに関する情報を提供し、対処が必要な問題をユーザーに警告することで、バッテリーのメンテナンスを支援します。
BMSの動向
自動車メーカーは、BMSの性能を向上させ、車種ラインナップを拡大するために、継続的に実験を行っています。BMS分野における注目すべき進歩としては、以下のようなものがあります。
インテリジェントBMS
BMSは、高度なアルゴリズムと機械学習のアプローチを活用することで、使用パターン、環境要因、その他の動的な状況に基づいてバッテリー効率を向上させることができます。自動車メーカーは、この技術によって保証請求が減少し、信頼性に対する評判が向上するというメリットを享受できます。
高度な予測アルゴリズム
高度な予知保全システムは、電気自動車のバッテリー管理システムと連携しています。これらのアルゴリズムは、リアルタイムデータを用いてバッテリー部品の交換または修理が必要になる時期を予測します。これにより、顧客のメンテナンスコストが削減され、車両の信頼性が向上し、ブランドの評判も向上します。
外部コミュニケーション
BMSでは無線通信方式の利用がますます増加しており、OTA（Over-the-Air）アップデートによる迅速なシステムアップグレードが可能になっています。自動車OEMは、スケジュールに従ってアップデートを適用することで、BMSの機能と性能を当面維持することができます。
BMS業界の主要プレーヤー
- ルクランシュ
- STマイクロエレクトロニクス
- ロバート・ボッシュGmbH
- センサタ・テクノロジーズ
- マクスウェル・エネルギー・システムズ
- 株式会社東芝
- パナソニック株式会社
- ミドトロニクス株式会社
- ドイツAG
- ヌーベーション
- エバースペッチャー
- テキサス・インスツルメンツ社
- エリシオン株式会社
- ヒーローエレクトリック
最近の動向
2023年5月、低電圧電気自動車（EV）およびエネルギー貯蔵システムをターゲットとするSensataのc-BMS24X BMSは、車両の航続距離、稼働時間、バッテリーの健全性／性能を向上させる強化されたソフトウェア機能を提供します。自動スリープモード、柔軟な設計、最大10個のバッテリーパックを並列接続して安全性を高める機能など、便利な機能がすべてこのシステムに組み込まれています。さらに、バッテリースイッチ機能、エネルギー、健全性、充電状態の予測・測定機能の向上、リン酸鉄リチウム（LFP）などのセルケミストリーのバランス改善も提供します。Sensataは、この技術をドイツ・シュトゥットガルトで開催されるバッテリーショーで発表する予定です。
2023年1月、 Hero ElectricとMaxwell Energy Systemsは、高度なバッテリー管理システムに関する長期的な提携契約を締結しました。Hero Electricは、今後3年間でMaxwellのBMSを100万台納入する予定です。この提携により、Hero Electricは顧客に安全で高性能なEVを提供し、国内サプライチェーンを構築し、「Made in India」の目標をさらに推進し、輸入への依存を軽減することが可能になります。Hero Electricのe2Wシリーズは、Maxwellの車載対応BMSがサポートする様々な化学組成と構成の一つです。両社は、インドのEV市場向けに、最先端の電気製品の新ラインを開発する予定です。
スフィリカル・インサイト＆コンサルティングについて
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