リチウムイオン電池の熱マネジメント技術

第1部 リチウムイオン電池の熱シミュレーションモデルの開発

(2023年9月4日 10:00〜11:30)

　本講座では、電池セルやモジュール、パックの発熱シミュレーションモデルついて、電気化学をはじめとする理論的な基礎、必要なパラメータ取得方法、モデリング方法や活用方法、結果の解釈までの一連のプロセスを、実例を交えて紹介します。また、その際ポイントとなるモデル検証や、シミュレーションで出来ること/出来ないことを整理し、モデリングの指針を優しく解説します。また、安全性試験データベースを用いた統計的モデリング、および試験やシミュレーションとの組み合わせ事例を合わせて紹介します。

1. 二次電池シミュレーションとは
   1. 二次電池シミュレーションの種類と特徴
   2. 機械学習/深層学習モデリング
2. 充放電・発熱特性シミュレーション
   1. 充放電・発熱特性シミュレーションの基礎
   2. 劣化現象と発熱モデリング方法
   3. 電池モジュール・パックへの展開
   4. パラメータ取得とモデル検証
3. 電池安全性シミュレーション
   1. 二次電池の安全性モデリングの基礎
   2. 電池セル/モジュールの安全性シミュレーション
   3. 電池パックの変形・圧壊シミュレーション
   4. 安全性試験データベースを用いた統計解析
• 質疑応答

第2部 バッテリーの熱マネージメントにおける次数低減モデルの活用

(2023年9月4日 12:10〜13:40)

　バッテリー設計において、充放電、劣化、熱暴走などに関連する熱マネージメントは重要な項目であり、温度予測に対して3次元の数値シミュレーションが活用されていますが、走行モードを模擬したような数十分に及ぶ時系列予測を多数実施するにはかなり大規模な計算が必要です。この課題を解決するために、3次元のシミュレーションモデルをもとに、高速に応答する予測モデル (次数低減モデル) を作成する技術の開発が進んでいます。 　ここではその次数低減モデルやそれを使ったシステムの評価例などを紹介します。

1. EV設計とバッテリーの熱マネージメント
2. バッテリーの3次元熱流れシミュレーションと次数低減モデル
   1. 電気化学反応を含むバッテリーの熱シミュレーション手法
   2. バッテリーの劣化と熱マネージメント
   3. 次数低減モデルの考え方と適用方法
3. バッテリーモジュールの熱問題と次数低減モデル
   1. バッテリーモジュールの3次元熱流れ解析
   2. 次数低減モデルの作成例
   3. 冷却流路を伴う次数低減モデルの作成例
4. EVのシステムシミュレーションとバッテリーの次数低減モデル
• 質疑応答

第3部 車載用リチウムイオン電池の充放電による温度と膨張量の計測からシミュレーションモデルの開発ご紹介

(2023年9月4日 13:50〜15:20)

　本研究はリチウムイオン電池の発熱問題に焦点を当て、その解析とシミュレーションによるモデル化を行います。まず、リチウムイオン電池の基本的な構造と動作原理を理解し、発熱が生じる具体的なメカニズムを把握します。 　次に実験的手法と解析技術を用いて充放電による発熱および構造の膨張を具体的に評価します。これにより電池が充放電時にどの程度発熱、膨張するのかを定量的に評価します。 　さらに、シミュレーションによりこれらの知見を統合し、より包括的な理解を得るための計算を行います。このモデル化により内部の温度や膨張による変形状態を予測することが可能となります。 　本研究は、理論、実験、シミュレーションという3つの視点を統合してリチウムイオン電池の発熱問題に取り組むことです。これにより、電池技術の深化と社会的な要求に対応するために必要な情報を提供し、電池の発熱と膨張の影響による電池の経年劣化の対策に貢献します。

1. 序章
   1. リチウムイオン電池の重要性と問題点
   2. バッテリー寿命に対する関心
   3. 本研究の目的と手法
2. リチウムイオン電池の基本的な理論
   1. リチウムイオン電池の構造と動作原理
   2. 発熱の原因となるメカニズム
   3. 発熱による問題とリスク
3. 発熱解析の手法
   1. 熱解析の基本的な原理と手法
   2. リチウムイオン電池発熱解析手法
   3. 使用したソフトウェア
4. 温度測定のための実験設計と手順
   1. 実験目的と設計
   2. 実施した実験手順
   3. 実験の結果と観察
5. 発熱シミュレーション
   1. 解析モデル形状
   2. モデル化の手法と詳細
   3. 実験と解析の結果比較
6. 充放電による膨張量の測定のための実験設計と手順
   1. 実験目的と設計
   2. 実施した実験手順
   3. 実験の結果と観察
7. 構造膨張シミュレーション
   1. 解析モデル形状
   2. モデル化の手法と詳細
   3. 実験と解析の結果比較
8. 応用と改善の可能性
   1. 本研究の成果の実用的な応用
   2. 構造膨張シミュレーションによる内部の変形状態の予測
   3. 今後の研究
9. まとめ
• 質疑応答

第4部 バッテリマネジメントシステムとバッテリ温度の制御手法

(2023年9月4日 15:30〜17:00)

　本講座では初心者の方でも理解しやすいようにバッテリマネジメントシステムやセルモニターユニットを説明しながら、バッテリの熱発生メカニズムや冷却方法などを設計経験者の立場で説明します。 初心者の方でもバッテリマネジメントシステムとバッテリ温度の制御手法を習得することができ、貴社製品へのリチウムイオンバッテリの搭載をご検討されている方には大変お勧めです。

1. セルモニターユニットの基礎
   1. セルモニターユニットの機能
   2. セルモニターユニットの構成
2. バッテリマネジメントシステムの制御手法
   1. セルモニターユニットの制御シーケンス
   2. 上位システムの制御シーケンス
3. バッテリ温度の制御手法
   1. バッテリの熱発生メカニズム
   2. バッテリ温度の制御アルゴリズム
   3. バッテリの冷却方法
• 質疑応答