2016 Fiscal Year Research-status Report
劣化ばらつきを考慮した蓄電池システムの最適構成を見出す統計的設計手法に関する研究
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15K06031
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
築山 修治 中央大学, 理工学部, 教授 (90142314)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福井 正博 立命館大学, 理工学部, 教授 (50367992)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電池システム / 経年劣化 / 劣化モデル / 統計的手法 / 寿命予測 / 最適構成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，(A) 最適電池システムの統計的設計手法の確立および (B) 電池セルの劣化ばらつきモデルの構築に対して，以下の成果を得た．
(A) では，前年度に確認された非線形的なサイクル劣化の原因は，内部抵抗が線形的に増加している時にも生じていることから，電池の容量自体の変化にあり，今後，何らかの方法で，この非線形的劣化を寿命予測手法に取り込む必要があることが判明した．並列接続された組電池の劣化実験結果の解析においては，各並列セルの劣化速度が均等化していくことを確認し，劣化が速まったセルの劣化が引き続き速いわけではないことも判明した．また，複数個の混合正規分布の最大値・最小値演算において精度確保に重要となる共分散計算手法を改良し，より高精度の演算手法を確立した．
(B) では，前年度に構築した組電池の回路モデルの高精度化および劣化（進行メカニズム）シミュレータの高速化を行った．高精度化に関しては，18650タイプ蓄電池を用いて劣化のSOC依存性，充放電電流依存性，温度依存性の実データ測定を完了し，シミュレーションモデルに組み込んだ．高速化に関しては，並列計算により，大規模熱回路網の高速かつ高精度計算手法を確立した．この手法は，従来技術として広く用いられているELMAと同精度で4倍高速である．また，MATLABプログラムの計算速度解析を用いて，劣化シミュレータにおいて計算時間を要している部分を明確にし，その部分を改良することにより，全体として約3.2倍の計算高速化を達成した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(A) に関しては，非線形的なサイクル劣化を予測しなければ，1昨年度に構築した寿命予測手法の精度が落ちることが判明し，劣化モデルの修正を行う必要があるため，寿命予測手法の完成という点では若干の遅れがある．しかし，前年度において課題となっていた多数の混合正規分布に対する最小値演算および平均値演算における課題は解決でき，また，並列接続された組電池の劣化解析も終了したので，おおむね順調であると言える．
(B) に関しては，空冷モデルを取り入れたより実用的な熱分布シミュレータを構築し，汎用熱解析システムに対する優位性を確認した．また，小規模モジュール（８×１０）を作成し，充放電電流とその劣化特性の因果関係を解明し劣化傾向を明確にした．しかし，熱分布シミュレータを用いた劣化（進行メカニズム）シミュレータに関しては，プロトタイプは完成したものの，MATLABを用いた可視化とその検証は終わっていない．ただし，これらは次年度に実施できるため，課題全体として，おおむね順調であると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
(A) に関しては，まず，直並列接続された組電池の各セルの劣化の挙動を劣化ばらつきモデルに組み込む．その際，(B) で得られた放電深度や温度を取り込んだ劣化モデルを用いると共に，劣化の履歴を取り込めるようにする．これにより，適応的な寿命予測手法を構築し，モンテカルロシミュレーションを用いて，その性能を評価する．さらに，これを用いて，最適構成（直並列回路）を見出すアルゴリズムを構築し，組電池の実用的設計ツールを作成する．
(B) に関しては，MATLABを用いた組電池の劣化（進行メカニズム）の可視化と，小規模モジュールよる検証を最優先で取り組む．これらの結果に基づき，条件を変えた場合の組電池の劣化進行を高精度に予測するアルゴリズムの開発を行う．また，電気自動車での使用条件に基づき，劣化の進行を予測し，残走行距離を許容精度内で予測できるシステムの提案に結び付ける．
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| Causes of Carryover |
当初の計画より旅費および消耗品の費用を抑えることができたため，少額の残金が発生した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
インクジェットプリンタ用インクなど，必要な消耗品の購入に充てる．
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