2016 Fiscal Year Annual Research Report
リチウムイオン電池の過渡応答解析の研究；高周波ノイズの安全性への影響を解明
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26289080
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
漆畑 広明 金沢工業大学, 工学部, 教授 (40723367)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河野 昭彦 金沢工業大学, 工学部, 講師 (40597689)
藤田 洋司 金沢工業大学, 工学部, 教授 (40720222)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 / 過渡応答 / 細孔構造 / 電流分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
28年度は当初計画の項目【1】ステップ波入力時のリチウムイオン電池電極の過渡応答測定と理論解析を重点に進め、過渡応答解析技術の高度化を優先した。一方、項目【2】の「モデル電池によるパルス応答解析」の検討は、研究期間も考慮し実用面の影響確認を加速するため、モデル電池を実電池へ変更し「実電池を用いたパルス応答解析」の予備検討に替えて実施した。これにより29年度予定の研究項目【３】実電池系への適用を先行的に検討した。
【等価回路モデル】電極等価回路は過渡応答解析の鍵で、再現性あるインピーダンスデータ取得が重要となる。そこで試行錯誤を重ね電極径を従来の15mmから2mmとし面積を約1/50に縮小、再現性含め比較的良好なインピーダンス波形が得られる事を確認した。この現象はさらに再現性を検討する必要がある。また、インピーダンス波形に対する細孔径の影響についても理論解析に着手した。さらに負極のインピーダンス解析の検討では正極と同様に伝送路回路に基ずくインピーダンス波形が観察された。
【過渡応答解析】等価回路を基に、回路シミュレータによる解析を進めた。等価回路では電気化学反応に関わる電気二重層容量と電池反応抵抗である電荷移動抵抗を如何に決定するかが鍵となる。電荷移動は印加電圧に依存し電圧可変抵抗として扱うため、I-V特性から電荷移動抵抗を電圧関数で表現、シミュレータ実装し良好な結果を得た。これは電気工学的視点から電気化学反応を解析する新しい取り組である。蓄電システムでは電池は回路に接続され寄生インダクタンス等の影響を受ける。電池にコイルを接続しパルス応答を解析して電池の劣化を評価、L成分の有無が電池の劣化に影響することを確認、検討を発展させ落雷等の高電圧パルスの電池への影響についても解析を行った。これらの成果は学会に於いて発表した。
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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
①平成28年度は研究項目【1】を継続して最も注力し、電荷移動抵抗を可変抵抗で表し等価回路モデルに取り入れることであった。これについてI-V特性から推算した電荷移動抵抗の電圧依存性をシミュレータに実装し実測過渡応答波形をシミュレーションで再現し、さらに高度化する方向性を明確にした。また②実際のノイズを考慮した波形の検討についても、実電池に連続パルスを印加し電池の劣化の有無を解析し、学会に於いて発表した。さらに、③負極についても等価回路モデルの検討を行い学会発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究項目【1】【2】は本研究の骨格をなす重要課題であり、これを発展させる事を最重点とし、研究項目【3】実電池系の過渡応答ついても検討を進める。
研究項目【1】で構築されたモデル電池、測定技術を適用発展させ、パルス入力により電極が危険な過充電状態に至る可能性を理論的に解析する。研究項目【2】では研究の方向性を探りつつ【1】で開発した過渡応答解析をこれまでの正極に加え、昨年度にインピーダンス解析を中心に評価した負極についても検討する。このため正極での測定・解析技術を負極にも展開し、電池を構成する正極、負極に対して比較評価する。両極に対し多孔質電極の等価回路を伝送路回路で近似し回路シミュレータを用いて細孔内の電流分布を解析し、二重層充電電流と反応電流を分離する。反応電流の解析には電気工学的ツールである回路シミュレータによる電流計算と新たに電気化学的解析に基ずく拡散方程式による電圧計算を連成した解析方法を構築する。研究項目【3】実電池系への適用；実電池の過渡応答の解析を本格的に着手する。昨年度、実電池ついて予備検討として進めた電圧パルスに対する電流応答解析およびインダクタンス成分の電池過渡応答への影響分析について、精度の高い解析を進める。さらにノイズの電圧変動を模擬したパルス波による電池劣化に対するインダクタンス成分の影響を評価する。また成果の一部をまとめて学会等の場で発表する。研究分担者は電池のモデル化、高電圧パルス試験等の検討を行う。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由は、消耗品の一部を次年度に繰り越したためである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
電極材料、実験器具の購入に充てる。
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