2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Physics-based Model of Lithium-ion Batteries Running on Circuit Simulator
| Project/Area Number |
17K06318
|
|---|
| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
河野 昭彦 金沢工業大学, 工学部, 准教授 (40597689)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
漆畑 広明 金沢工業大学, 工学部, 教授 (40723367)
藤田 洋司 金沢工業大学, 工学部, 教授 (40720222)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | リチウムイオン電池 / モデル化 / シミュレーション工学 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，「回路シミュレータ上で動作するリチウムイオン電池（LIB）物理モデルの開発」と，このモデルを応用した「マルチドメインシステムシミュレーション技術の開発」に取り組んだ。LIB実電池の各種電気化学測定と1粒子近似に基づくLIB物理モデルの支配方程式の検討，この支配方程式をLIB等価回路に連成適用する独自のアルゴリズム構築により，これまでに類を見ないLIBモデルの開発に成功した。開発モデルは，定電流充放電，パルス充放電におけるLIBの応答を精度よく計算するこが出来た。また，開発モデルをベースとしたLIBモジュールモデル，電力変換器モデル，モータモデル，機械的負荷（フライホイール）モデルを組み合わせたモータ駆動システムを回路シミュレータ上で作製し，モータ運転に伴うLIBの動作解析を行った。当初の計画通り，開発モデルを応用することにより，LIBの出力電圧および電流，充電レベル（SOC）等に加え，活物質粒子内のLi濃度分布といった電気化学的状態を，負荷の運転パターンと連動させて解析できる事を明らかにした。また，機械的負荷の蓄積エネルギーとLIBモジュールの出力エネルギーの解析から，システムを構成するコンポーネント間のエネルギーフローや損失の解析が可能であることが確認出来た。
以上のように，開発モデルは回路シミュレータ上で動作するため，システム全体を包括したシミュレーションを可能とする。したがって，システム動作によって変化するLIBの電気的出力状態や電気化学的状態，各コンポーネント間のエネルギーフローや電気エネルギーと機械エネルギーの双方向変換の様相が推定可能である。これにより，システム仕様や運転パターンの最適化に開発モデルが活用できると考えられる。
|
