4. ◇ インピーダンス測定のさらなる応用

スラリーやインクの 塗工には、 混合、撹拌、分散、 乾燥と言った工程が含まれます ^{1 )} 。

360

© 2022 K.Tachibana ^* , C1 Lab.

その一方で、リチウムイオン二次電池には、高い安全性も求められている。リチウムイオン二次電池の外皮面積は、 体積エネルギー密度に反比例する。電池体積あたりの外皮面積は、電池体積に比例して小さくなるから、体積エネルギー密度が大きく電池体積の大きい大型電池ほど、放熱に不利となり、電池の温度上昇が激しくなる。この様子を、図に示す。電池の温度上昇は、電池反応の暴走を招き、一旦、電池反応が暴走すると、1.で述べたような危険性を生じる。このように大型電池の安全性と、 内部抵抗 の低減は、密接な関係にある ^{2 )} 。

項目	量	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。 $V_{\mathrm{e.m.f.}}\left(Q\right)=E_{\mathrm{+}}\left(Q\right)-E_{\mathrm{-}}\left(Q\right)$ $E=E^0-\frac{RT}{nF}\ln \left(\frac{Q_0-Q}{Q}\right)$
クーロン・カウンタ方式	電流、時間	SOC[%] = RM/FCC 5 ) 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。 $V_{\mathrm{o}}\left(Q\right)=V_{\mathrm{e.m.f.}}\left(Q\right)-\eta \left(t,Q,\frac{dQ}{dt}\right)$
拡張カルマンフィルター方式など

	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

充電や放電での電池管理(BMS)では、 カットオフ電圧の検知が大切です。 カットオフ電圧が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。

^{6 )}

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。

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 ^{7 )} 。

*

* 経済産業省、蓄電池産業の競争力強化に向けて

© K.Tachibana ^* , C1 Lab.

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。

©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。

項目	説明	例
残量（ＳＯＣ 8 ) 9 ) ）	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 10 ) ）	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。

11 情報処理概論 15 品質管理 07 技術者倫理 1224 1217 1210 0205

2023年3月14日 Google、Gmailやドキュメントに生成系AI機能が追加された。 ChatGPT もとどまるところを知らない。人工知能（ＡＩ）はどこへ向かうのか？

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

◇ 参考文献