2015 Fiscal Year Research-status Report
逆解析を援用した高容量二次電池のマルチフィジックス構造解析システムの開発
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15K17944
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
岸本 喜直 東京都市大学, 工学部, 講師 (20581789)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / 連続体力学 / マルチフィジックス / 計算力学 / 逆問題 / 積層構造 / 薄板構造 / 二次電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者がこれまで個別に製作した電場，伝熱，構造に対する各有限要素解析コードをアレンジし，連成解析シミュレータとして統合した．厳密解が存在するパッチテストを実施し，パッチテストに対する本解析シミュレータの計算速度と計算精度を確認した．
次に，電極板表面に生じる変形量（たわみ，ひずみ）から電極板間に生じる荷重分布を同定する逆解析コードを製作し，開発した解析シミュレータに組み込んだ．電池のシミュレーションモデルを作成した後，電極板間に生じる荷重分布および電極板表面に生じる変形量を前述の連成解析シミュレータで見積もった．このときの電極板間の接着条件を変化させることで，種々の荷重分布とそれに対応する変形量を取得した．ここで得られた荷重分布を正解値，変形量を疑似測定値として，数値シミュレーション上で逆解析を行ったところ，正解の荷重分布を同定できることが確認された．加えて，変形量の疑似測定データに擬似ノイズを付与したものに対しても逆解析を行い，ノイズの標準偏差に対する本逆解析の同定誤差についても確認した．さらに，電池周囲の磁場から電極板間に流れる電流密度を同定する逆解析コードも製作した．磁束密度の疑似測定データから電流密度を同定できることが確認されたとともに，本手法で許容できる測定ノイズの大きさを事前に得る方法についても示唆を得た．
以上と並行して，解析モデルの妥当性を検証するための参考値として現実に生じうる温度や応力を得るための実験装置の設計を進めた．材料力学の視点から，高容量二次電池を異種の材料を交互に積層したサンドイッチ板とみなし，次年度に予定している検証実験に先駆け，予備的にアルミ板で製作したサンドイッチパネル板を利用して，開発した解析手法の有効性を数値シミュレーションおよび実験で確認した．
以上で得られた研究成果を適宜まとめ，発表した．
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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
交付申請書中，平成２７年度の研究実施計画に記載された連成解析シミュレータの開発，逆解析コードの製作と導入はおおむね完了し，これらが数値シミュレーション上では十分に機能したと考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
交付申請書中，平成２８年度の研究実施計画に従って，前年度に引き続き，解析モデルの妥当性を検証するための実験装置の製作を行う．パッチテストと同一の条件で実験を行い，試験片に生じる応力などを測定する．具体的には，試験片を金属製の平板とし，材質はリチウムイオン電池の電極板を参考にして，アルミニウムあるいは銅とする．
本実験で得られた種々の測定値を利用して，本解析システムで解析し，性能を確認する．電極板間の諸係数を同定できなかった場合など，研究の進捗が順調でない場合は，研究代表者らが並行して開発を進めている電磁場逆解析を用いて，電池周囲の磁場から取得した電池内の電流密度データを援用するなど，逆解析に有効な先験情報を模索し，解決を試みる．また，本解析システムにおいて，計算速度や計算精度などに課題が生じた場合は計算アルゴリズムから見直すことで，計算速度や計算精度の向上を試みる．
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| Causes of Carryover |
検証実験について，平成２７年度は実験装置の設計と予備実験の実施に留まった．今年度中，物品費の一部を予備実験用の治具および試験片の材料購入費に充てたが，本実験用の材料の購入までには至らなかった．旅費についても，国内で行われた国際会議に出席したため，当初の予定よりも低支出となった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２７年度分の物品費は平成２８年度分と合わせて，次年度に実施を予定している検証実験の実験装置および試験片の材料費に使用する．平成２７年度分の旅費についても，平成２８年度分と合わせて旅費として使用する予定である．
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