熱挙動解析モデル 〈2･1〉 リチウムイオン二次電池の充放電反応と発熱因 子 電池の熱挙動を簡単に記述する。本研究で用いた電 池は、正極にコバルト酸リチウム(LiCoO2)を、負極に炭素材 リチウムイオン電池の放電特性は諸条件で大きく変化します。主な条件としては電流値、環境温度、充放電サイクルを経過したことによる電池の劣化があります。 電池メーカーはこれを示すために、以下のような評価を行っています。 放電レート特性 さて、リチウムイオン電池の過電圧が低下した場合、結論から言うと電池容量が増加します。 その理由ですが、まずリチウムイオン電池は普通、電池電圧の値で充電・放電を制御していて、例えば充電上限4.2V、放電下限2.7Vの様な形で設定されています。 本研究では，市販の18650リチウムイオン電池を用 い，様々な放電パターンおよび雰囲気温度の変化にお ける発熱挙動を調査した。 2. パイラル小型リチウムイオン二次電池（sony-us18650g3： 定格容量 1800mAh ，直径 18mm ，長さ 65mm ）である。 発熱因子の測定は電池温度を一定とするため，電池を薄い 「リチウムイオン電池セルにおいて，発熱が更なる発熱を招くという 正のフィードバックによって，温度の制御ができなくなる現象，またはその状態」 引用元：jis c 8715-2 リチウムイオン電池の安全性と要素技術鳶島真一，科学情報出版株式会社，p38 我々はこれまで,リチウムイオン電池のいくつかの電池発 熱因子を測定し，それらを発熱モデルに代入することで電 池温度の上昇を解析し，実測した電池温度上昇と比較して きた（1）．今回，それらの解析および測定の放電範囲を4c リチウムイオン電池は使用できる動作温度範囲が広く、自己放電率が低いので、他の電池よりも優れているのです。 リチウムイオン電池のデメリット 発熱の恐れ. リチウムイオン電池が登場したのは、1990年代初めのこと。携帯電話やノートパソコン用に欠かせない、小型軽量で充電可能な二次電池として開発されました。東芝も1992年に合弁会社を立ち上げ、リチウムイオン電池の量産に乗り出します。 リチウムイオン電池の使用条件の制限 1）リチウムイオン電池は寒さにも暑さにも弱い。 スマートフォンなどの端末に使用されているリチウムイオン電池は0～35℃の温度範囲内での使用が推奨されており、 16～25℃が最も理想的な使用温度範囲です。 第1部 リチウムイオン電池セルの発熱挙動と、モジュールとユニットの冷却設計 (2020年6月5日 10:00〜11:10) 本セミナーはev等の電池システムの、温度と熱に関する、総合的な内容である。 (1) リチウムイオン電池セルの安全性 充放電条件および周囲温度条件等による発熱（熱暴走）・容器破損に至る基礎 実験を行い，安全利用・選定のための知見を得る。 (2) リチウムイオン電池モジュールの … 図1に示すように，何らかの原因で電池が発熱し温度 が上がると，電池内でさまざまな反応が起こり，さらに 温度が上がるというカスケード的な現象により熱的な暴 走，いわゆる発火が起こる。リチウムイオン電池には， リチウムイオン2次電池を正常状態で放電時、並びに充電時の発熱量の計算方法を教えて下さい。 また許容最高温度はどれ程ですか。 発熱現象に電池の内部抵抗はどう関係してきますか。 有効な冷却手段、或いは通常採られている冷却手段は何ですか。 「libセルにおいて，発熱が更なる発熱を招くという正のフィードバック によって，温度の制御ができなくなる現象，またはその状態」 引用元：jis c 8715-2 リチウムイオン電池の安全性と要素技術鳶島真一，科学情報出版株式会社，p38 継続的な可燃性ガスを 使用環境温度（℃）：0～45 産業用リチウムイオン電池 lim30h-8a 項目 電圧監視 温度監視 状態監視 項目 外部警告 バランサー 機能 各セル電圧の監視 各モジュール温度の監視 電圧上昇、電圧低下、ファン運転 機能 過充電、過放電、蓄電池温度異常 実験装置 2.1. 6）電池に釘を刺したり、踏みつけたりしない リチウムイオン二次電池に釘を刺したり、ハンマーで叩いたり、踏みつけたりしないでください。リチウムイオン二次電池が変形、保護機構が破損する可能性があり、発熱、破裂、発火の原因になります。 ネートは，揮発性が高い有機溶媒であり，電池が異常発熱し て温度が上がると発火するリスクが高まることになる。 図1に，リチウムイオン電池の熱暴走メカニズムをまとめ リチウムイオン電池 危険 電池を水や海水などの液体に漬けたり、濡らさないでください。 電池がショートして、発熱、破損する原因となります。 電池を火の中に投入しないでください。電解液が燃焼したり、破 裂する原因となります。 リチウムイオン電池の発熱・発火事故の原因. このため、リチウムイオン蓄電池は、Ni-MHに比べて、過充電やセルの衝撃で発熱したときに発火・発煙する可能性が高いです。リチウムイオン電池は大きなエネルギーを内蔵しており、一気に放出されることで事故につながることがあります。 リチウムイオン電池の過充電時の発熱挙動評価 齋藤 喜康 国立研究開発法人 産業技術総合研究所 省エネルギー研究部門 （受取日：2018 年12 月7 日，受理日：2018 年12 月20 日） Thermal Characteristics of Lithium-ion Batteries during Overcharging Yoshiyasu Saito リチウムイオン充電池は容易に燃える物質を使っているので、過充電と大容量の放電は発熱・短絡による発火原因になります。そのために電池の温度管理が必要になります。 2．リチウムイオン二次電池 2.1. リチウムイオン二次電池の発熱挙動 電学論B，124 巻12 号，2004 年 2 2. リチウムイオン電池の試験の一つに熱衝撃サイクル試験（または熱衝撃試験、温度サイクル試験）があり、様々な試験規格に規定されています（試験規格についてはこちらを参考にしてください）。. 図2は当社の電池材料解析評価センターで試作したリチウムイオン電池の充放電試験における温度変化を、ロックイン方式で解析したものです。 (a)の温度画像では、外部の熱源からの外乱により電池自体からの発熱による温度分布がわかりません。 試験規格は単電池だけでなく、組電池にも適用されます。 リチウムイオン電池が異常発熱や発火を起こす現象は「熱暴走」と呼ばれている．熱暴走は，なんらかの きっかけにより電池内部の特定部材が発熱，その発熱がさらに他の部材の発熱を引き起こし，電池温度の上昇が続くこ とで起きる． こちらは、リチウムイオン電池の発火を科学的に考えるのページです。日刊工業新聞社のニュースをはじめとするコンテンツを､もっと新鮮に､親しみやすくお届けするサイトです。 リチウムイオン電池の発熱・発火・発煙等の事故の原因は、①電池本体の不良に起因するものと、②電池の充放電を制御する回路または装置の不良に起因するものの大きく2つがあります。 リチウムイオン二次電池は電解液に有機溶媒を使用しています。 2017 No.47 12 Technical ReportCリチウムイオン二次電池の過充電状態における発熱解析 リチウムイオン二次電池の過充電状態における発熱解析 Technical ReportC 第6図 抵抗分離（ナイキストプロット） 第9図 発生ガスのGC分析結果 2017 No.47 ごべるにくす APR. 11 ごべるにくす APR. リチウムイオン電池などの二次電池において、発熱・放熱特性は放電の持続時間などに直接影響するため、非常に重要です。 熱設計には CAEによる数値解析 が用いられますが、挙動把握・検証には温度の実測が必要となります。 電池の原理と自動車用電池としての位置づけ リチウムイオン電池は正極、負極、セパレータ、電解液で構 成されており、リチウムイオンが正極と負極にインターカレ ーション反応で出入りする原理で充放電が行われる。また、