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🌡️ 📆 令和5年2月7日
明日からやろう!インピーダンス測定・解析

4. インピーダンス測定のさらなる応用


files
正弦波(サイン波)(440Hz)
数式処理ソフトの活用

この音声はマセマティカで作成したものです。

フーリエ変換はマセマティカでも表計算ソフトでもやれます。 大切なのはフーリエ変換で何を得たいのか? インピーダンスで何を得たいのか? 塩分濃度を調べて減塩したいのか?それとも体脂肪率を調べてダイエットしたいのか? その目標が大切なのです。

http://maxima.sourceforge.net/ https://www.wolframalpha.com/

4.1 合材スラリーの分散度-製造工程管理への応用-

HIOKIのシステム
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スラリー乾燥過程のアドミタンス
©F.Sato

352
スラリー導電ネットワーク形成
©F.Sato

4.2 内部抵抗とバッテリーの熱管理-組電池としてのバッテリーとエネルギー密度-

電池の大型化と外皮面積

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電池の大型化と外皮面積
©K.Tachibana

4.3 インピーダンス測定とバッテリーの残量予測-残量予測は組成推定-

SOCの測定

  1  SOCの測定 1 ) 2 )
項目 説明
電圧測定方式 電圧 SOC-OCV曲線から推定することもあります。 電池の起電力が、 ネルンストの式と関係することが根拠です。
Ve.m.f.Q = E+ Q - E- Q
E = E0 - RT nF ln Q 0 -Q Q
クーロン・カウンタ方式 電流、時間 SOC[%] = RM/FCC 3 ) 反応量が ファラデーの法則に従うことが根拠です。
電池セル・モデリング方式
インピーダンス・トラック方式 電流、電圧、温度 電池の内部抵抗が、放電深さで変わることが根拠です。
Vo Q = Ve.m.f. Q - η t Q Q t
拡張カルマンフィルター方式など

4.4 電池の容量減少と内部抵抗上昇-劣化状態把握と寿命評価への応用-

充放電の上限電圧と下限電圧の例

  2   リチウムイオン電池 充放電の上限電圧と下限電圧の例
電圧 内容
危険 5.00 安全弁解放
4.25 保護回路作動電圧
注意 4.20 使用上限電圧
適性 4.15 カットオフ上限電圧
3.30 カットオフ下限電圧
注意 3.00 使用下限電圧
危険 2.40 保護回路作動電圧
🖱 電池の内部抵抗と充放電曲線

0.01V違うと、副反応のリスクが急激に増大します。 特に ADCの精度が低いと危険です。 電池の内部抵抗は、 正極、負極、電解質の 過電圧によります。


電池の内部抵抗と充放電曲線

  2 198 🖱 電池の内部抵抗とSOC- OCV曲線
©K.Tachibana

電池の内部抵抗 が大きくなると、カットオフ電圧に到達する時間が短くなり、電池の容量が小さくなります。 電池の内部抵抗 は、溶液抵抗( 抵抗過電圧)と接触抵抗からなります。 接触抵抗は、オーミックコンタクトでは、固体間接触の集中抵抗からなり、 またショットキーコンタクトでは、反応抵抗( 活性化過電圧)や皮膜抵抗となります。 SOCの推定に使われます。


4.5 バッテリマネジメント-パワーエレクトロニクスとインターネット-

BMSの機能

  3  BMSの機能
項目 説明
セルの過充電、過放電を防ぐ機能 電位検出
セルの過電流を防ぐ機能 短絡検出、発熱検出、過電流保護、過電圧保護
セルの温度管理を行う機能( BTMS 発熱検出、加熱、冷却
電池残量(SOC)・充電状態を算出する機能 積算電気量、電位
健康状態(SOH)を算出する機能 サイクルごとの内部抵抗
セル電圧の均等化(セルバランス)を行う機能

リチウムイオン電池には、過充電および過放電を防止する保護回路が必要である。24 V系の電源では、リチウムイオン電池を7 セル直列に接続して、各セルの電圧を監視し、正常な電圧範囲を逸脱した場合、回路を遮断する保護装置が必要である 4 )

*

* 経済産業省、蓄電池産業の競争力強化に向けて

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。

有機電解液は導電率が小さいため内部抵抗の増大の課題がありますが、 起電力の大きなリチウム電池では、同じ電圧を得るのに直列につなぐセルの数が少ないため、バッテリーとしては内部抵抗を下げるのに有利です。


バッテリー、ストリング、セルに流れる電流

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バッテリー、ストリング、セルに流れる電流
©K.Tachibana
15. エネルギー変換化学特論 1210 1019 1217

バッテリー、ストリング、セルの電圧

162 バッテリー、ストリング、セルの電圧
©K.Tachibana
15 エネルギー変換化学特論 1210 1019 1217

キルヒホップの法則により、 全体の 電圧は、各ストリングの電圧と同じです。ストリングの電圧はそれぞれのセルの電圧の和です。

ストリングの中のそれぞれのセルの電圧が異なるのは、セルの内部抵抗が違っているからです。セルの発熱が集中している可能性があり、要注意です。


ブラウザで読み取れる電池の状態

  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 5 ) 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 6 ) 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 みんなでやろう!AI解析-ビッグデータの収集と機械学習の活用-

フーリエ変換(FFT)と機械学習(AI)に共通するのは行列演算

  3 171 フーリエ変換(FFT)と機械学習(AI)に共通するのは行列演算
©K.Tachibana
11.情報処理概論 1224 1217 1210 0205

人工知能(AI)はいろいろなジャンルがあるが、 今言われているのは、機械学習とディープラーニングと言われるもの。 ビッグデータの存在が前提となる。 ビッグデータを扱うのに配列(行列)の演算をやらないとならない。

数式 例えば数学の知識が必要となるのは、ゲーム開発や人工知能、統計学などで、とても限られています。そのため、文系でもプログラミング習得を諦める必要は全くありません。

Phthon (パイソン)は、多様なデータ構造が組み込まれているので、データ処理しやすい 言語です。 Anaconda(アナコンダ)や、 Google Colaboratoy などの開発環境があります。 Phthonには、数値計算ライブラリNumPyがあります。 NumPyは、CやふFORTRANで、実装されていて、高速で実行できます。 ほかにも、Matplotlib(グラフ描画ライブラリ) pandas(データ分析ライブラリ) TensorFlow(機械学習ライブラリ) OpenCV(画像処理ライブラリ) など便利なライブラリが多数あります。

tensorflow.org 文系
明日からやろう!インピーダンス測定・解析