リチウムイオン2次電池の熱シミュレーション

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電熱連成解析手法

TAIThermの電池シミュレーションは、電気モデルと熱モデルの連成により実現されています。電気モデルは電池の充放電に伴う電圧、電流、SOC、内部抵抗などの変化を捉えるうえで、電池の発熱量を解いています。熱モデルは連動して、電池の隅々の温度変化を解いています。連成時には、電気モデルから発熱量を熱モデルに渡し、熱モデルから温度を電気モデルに渡し、両方向の情報交換を行っております。

電気モデル

電気モデルは1次元の等価回路であり、電池の複雑な電気挙動を再現できることを過去の研究から検証されています。電池シミュレーションにとって、問題は一体どうやって電気モデルを構築することです。電池セルが違えば、電気モデルも違います。

電気モデルは内部抵抗、時定数などのパラメータで表していますが、いずれも物理関係式から簡単に求められるものではないです。ようは、マイクロの世界のリチウムイオンの移動なんかは、わけわからないと近いです。電池をブラックボックスとしてみてはいかがでしょうか。ある電流を印加すれば、必ずある電圧で答えてくれますね。このような、電流と電圧のペアがいっぱいあれば、数学的にいろんな手段をもっており、このブラックボックスを描くことできることはよくしられています。

電気テスト結果を用いて、電気モデルの各パラメータを同定し、電気モデルを構築することができます。詳細は本文では割愛しましたが、このように作ったの電気モデルを使って予測した電圧カーブは下記のとおりです。ほぼ、実際のカーブと重ねており、忠実に電圧の変化を再現していることが分かります。

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