ゼロからはじめるバッテリーシミュレーション ～実験からデータ処理、解析結果との比較まで～ 第3回

「充放電時の発熱特性を予測する解析モデルの開発」をテーマにお届けしている「ゼロからはじめるバッテリーシミュレーション」の第3回です。本稿では、第2回で構築した解析モデルを使った1C放電シミュレーション結果と、第1回で実施した1C放電試験結果を比較して解析条件・結果を検証します。

図18は1C充放電時の温度履歴です。青が充電、黒が放電時の温度履歴を表し、横軸はSOC、縦軸は温度です。時間軸としては、充電時は左から右へ、放電時は右から左へ向かって温度が変化しております。SOCごとに見ると、充電時では青色でかこまれた範囲で温度が上昇しておりません。対応するように、放電時ではオレンジで囲まれた範囲で温度上昇がみられます。エントロピー変化にともなう発熱は、充電、放電でそれぞれ吸熱、発熱が異なっており、主に温度と電流に依存します。

発熱量の計算式（図19）で説明すると、左側の2つは集電体の負極正極それぞれの抵抗加熱、捲回体内の抵抗加熱で、電流密度jと電流iの2乗であることから、発熱量は電流の方向に依りません。最後の項はエントロピー変化にともなう発熱で、電流の向きによって吸熱、発熱が変化します。紫で囲まれた項はDUDTと呼ばれる内部エネルギーの温度微分項で、充電時に温度上昇がなく、放電時に温度上昇している箇所にあたるDU/DTプロファイル（図20）のグレーの部分で大きな値を入れております。このDUDTプロファイルを用いてエントロピー変化にともなう発熱を表現します。

（左）図19. 発熱量の計算式、（右）図20. DU/DTプロファイル

ゼロからはじめるバッテリーシミュレーション第3回は、

• Ansys LS-DYNAによる1C放電時のバッテリー発熱シミュレーションにおけるモデル化手法
• 実験の温度を再現するためのモデル開発プロセス
• エントロピー変化に伴う発熱を考慮した1C放電時の発熱解析と実験結果との比較

1. 充放電時の発熱特性の技術開発
2. 圧壊時における変形挙動技術開発
3. 通電状態における圧壊時の短絡による発熱予測技術の開発