HOME 教育状況公表 令和4年10月6日
機能界面設計工学特論
リチウムイオン二次電池の構造と材料設計の考え方

リチウムイオン二次電池のパワーマネジメント

 4-1 単電池と組み電池、ハイブリッド蓄電システム


バッテリー、セル、電極

158 バッテリー、セル、電極
©K.Tachibana

電源装置としての電池はバッテリーと言います。

ストリングの接続には、モノポーラとバイポーラがあります。


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組電池とストリング
©
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/54299/c1/Extra_Syllabus/2020_R02/20200915/20200915_04.asp

単電池は正極、負極がひとくみあるものです。セルと言います。

組電池はセルが複数直列や並列に接続されたもので、バッテリーと言います。

セルを複数直列するだけでなく、ひとつの集電体に正極と負極を作り込んだバイポーラ電極を使う場合もあります。

セルを複数直列につないだものをストリングと言います。

異なる種類の電池を組み合わせたものを、ハイブリッド蓄電システムなどと言います。


 4-2 クラウドとエッジを活用した電池のモニタリング

ファイルは時代遅れ、クラウドの時代へ

  1 情報端末( Chromebook、スマホ、PC )の比較
スマート
ディスプレイ
Chromebook 📱スマホ 💻PC
インストール 不要 不要 必要 必要
入力装置 🎤マイク ⌨キーボード・タッチパッド・🎤マイク タッチパネル・🎤マイク ⌨キーボード・🖱マウス・🎤マイク
出力装置 📱 ディスプレイ 🔊 スピーカー 💻 ディスプレイ 🔊 スピーカー 📱 ディスプレイ 🔊 スピーカー 💻 ディスプレイ 🔊 スピーカー 🖨 プリンター
ストレージ
(補助記憶装置)
☁クラウド ☁クラウド ☁クラウド 🗃ファイル
認証 マルチユーザー
シングルデバイス
マルチデバイス
シングルユーザー
マルチデバイス
シングルユーザー
マルチユーザー
シングルデバイス
通信 WiFi WiFi WiFi, 回線 有線LAN,WiFi
01.情報処理概論 13.情報処理概論
IoTデバイス→エッジノード→クラウド

インストールは時代遅れ、Webアプリの時代へ

  2 アプリの種類
種類オペレーティングシステムデバイスインストール
Webアプリ PC、スマホ、クロームブック Google Apps, Office 365、facebook不要
Windowsアプリ Windows PC ワープロ ,表計算,プレゼンテーションソフト,CAD,数式処理ソフトストア
アンドロイドアプリ アンドロイド スマホ Line、QRコードリーダーストア
07, 11. 情報処理概論 10.品質管理

アカウント を有効化して、サービスや アプリ を利用する(ログイン、ログオン、サインイン)には、 認証が必要です。

人気 プログラミング言語 は、java script、そしてpyton*と続きます。 *


クラウドとWebアプリを支えるインフラ、サーバクライアントシステム

  3 Webアプリに使われる 言語
言語 説明
マークアップ言語 html, xml,svg,mathML,css
クライアントサイド .NET(ドットネット)
javascrpt
VBscript
クライアントサイド言語、フロントエンド言語といいます。
サーバーサイド .NET(ドットネット)
Python(パイソン)
VBscript(asp)
JavaScript(Node.js)
Ruby
PHP
サーバーサイド言語、バックエンド言語といいます。 IISとPythonで、Webアプリを作れます。 *
データベース SQL データベースでデータの取得、保存、更新、削除などを行う言語です。
11 05 情報処理概論 01. 卒業研究

 4-3 リモートセンシングにおけるサイバー攻撃からの防御

暗号化
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アナログ通信とデジタル通信
©K.Tachibana

ライブコンサートをライブ配信で楽しむことを考えてみましょう。

音声 🎤 マイク アンプ AD変換 通信回線
  1 音声 から 通信回線

ライブの音声は、もともとは空気の圧力変化です。 この圧力の変化量をマイクを使って電圧の変化量に変えます。 このようにからへの変換をアナログ処理と言ったりします。 次に、電圧の変化量を数字にします。電圧と時間を数字にします。 このを数字にする変換をアナログデジタル変換(AD変換)と言います。

この数字を通信回線を使って送ります。

通信回線 DA変換 アンプ 🔊 スピーカー 音声
  2 通信回線 から 音声

今度は数字を、電圧の変化量にします。数字を電圧と時間にします。 この数字を量にする変換をデジタルアナログ変換(DA変換)と言います。 そしてその電圧でスピーカーを駆動し、空気の圧力変化にします。 これで、視聴者がライブを聞けるわけです。

ここでマイクなどをセンサー、スピーカーなどをアクチュエータと言います。


13.情報処理概論 12.無機工業化学 8.工業概論

 4-4 IoTやAIを使ったバッテリシステムの制御と劣化やトラブルの診断


バッテリの管理はマイコンで

シャント バッテリーストリング アナログフロントエンド マイコン
  3 電池管理用マイコンの例

バッテリーストリング の各セルの電圧を差動アンプでひろい、 積分型の高精度AD変換器でデジタルデータにします。 電流はシャント抵抗の両端の電圧を作動アンプでひろいます。 アナログフロントエンド(AFE)がやります。 マイコン(マイクロコントロールユニット、MCU)で処理します。


ルネサスよりRAJ240090のスペック

そうした中でルネサスは、「産業向けリチウムイオン電池管理ICとして業界初」というマイコン(RL78 CPUコア)を内蔵し、ソフトウェアで柔軟に多様な電池システム仕様に対応できる電池管理ICを実現した。電池残量の計測や、過電圧、過電流などの安全監視機能(アナログフロントエンド部)とマイコンが1パッケージ化されたため、電池制御の電圧測定に必要な高精度A-Dコンバーターとマイコンとのマッチングを事前に調整した上で提供するため、キャリブレーション作業が大幅に削減できるとする。その他、新製品は、電源、FETドライバー、リアルタイムクロックなどを搭載し、電池管理システム部分のトータルコストを従来品よりも「30%削減可能」(同社)とした。
シリアル通信 C ラズベリーパイ・エッジ

AIもOSもオープンソースの時代

googleはタダでプログラマを雇用

tensorflow2.0

データセンターは環境負荷が大きいので縮小。googleはすでにビッグデータを入手済み

「Googleフォト」がついに有料化!

ブラウザからアクセスできるPCやスマホ電池の状態

  4  ブラウザからアクセスできるPCやスマホ電池の状態
項目 説明
残量(SOC 1 ) バッテリーの貯蓄率(%)として 読み取り可能。 満充電時から測定した放電容量ではなく、 公称容量[Ah]を使用する場合があります。 またSOC- OCV曲線から推定することもあります。容量維持率とも。
満充電までに必要な時間 秒単位で 読み取り可能=電池の 内部抵抗と充電電圧から計算
枯渇するまでの残り時間 秒単位で 読み取り可能= 残り容量/(消費電力/公称電圧)
劣化率(SOH 2 ) 現在、未対応 状態監視保全のために必要。
電圧 現在、未対応 公称電圧より大幅に下がった場合、 緊急保全が必要。 内部短絡などの恐れも。
内部抵抗 現在、未対応
温度 現在、未対応、過熱時のアラート発生に必要。
湿度 現在、未対応
結露 現在、未対応、水没時の短絡などアラート発生に必要。

PCや スマホの電池の状態は、ブラウザからアクセスできます。いずれ、自動車や 住宅の電池の状態もブラウザからアクセスできるようになるでしょう。 バッテリの状態はjavaとhtml5で読み取ります。 バッテリーでユーザー追跡可能になります。 この電池は誰が作ったのか、逆追跡も可能になるでしょう。


 4-5 脱炭素社会に向けた再生可能エネルギー利用とV2H、超小型モビリティにおける蓄電システム

太陽エネルギー 二酸化炭素 蓄電池 ソーラーパネル 電気自動車
  4 低炭素住宅 とV2H

V2Hとは、電気自動車の電池を、 住宅の電池(ESS)のかわりに使うことです。 電気自動車電池容量は、 40kWh程度とすれば、住宅の電池10kWhの4世帯分に相当します。




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