温度依存のリチウムイオン バッテリー モデル

この例では、7.2 V、5.4 Ah のリチウムイオン バッテリー モジュールへの温度の影響を説明します。

Souleman Njoya M., Louis-A. Dessaint (EcSle de technologie superieure, Montreal)

回路の説明

このデモでは、7.2 V、5.4 Ah のリチウムイオン バッテリー モデルのパフォーマンスに温度が与える影響を示します。このモデル (セル温度と周囲温度が電圧、容量、抵抗に与える影響を含む) は、放電と充電のプロセスの間、変動する周囲温度にさらされます。そのパフォーマンスを、温度の影響を無視した場合と比較します。スコープから観察できるように、温度依存のバッテリー モデルのパフォーマンスは現実に近いものになります。充電 (または放電) による熱損失と周囲温度の変化によって、セル温度または内部温度が上昇または下降するのに伴い、出力電圧と容量も増加または減少します。

シミュレーション

このデモでは、周囲温度が 20℃から -20℃まで変化し、最後に 0℃に戻る場合における、温度依存のリチウムイオン バッテリー モデル (Battery A) の性能を示します。Battery B は、温度の影響を無視した場合を示します。シミュレーションを開始し、スコープを開いてすべての信号を確認します。

t = 0 秒で、Battery A および Battery B は、周囲温度 20℃で、2 A で放電されています。

t = 150 秒で、放電プロセスによる熱損失のため、内部温度は定常状態の値である 29.2℃まで上昇します。これにより、Battery A の出力電圧はわずかに上昇しますが、Battery B の出力電圧は引き続き減少します。

t = 1000 秒で、周囲温度は -20℃まで下降しています。これにより、内部温度が急激に下降するため、Battery A の出力電圧が大幅に減少します。また、バッテリー容量が減少するため、Battery A の SOC も減少します。Battery B の出力電圧は、定常状態に至るまで引き続きゆっくりと減少します。

t = 2000 秒で、周囲温度が -20℃から 0℃に上昇します。内部温度の上昇に伴って、Battery A の出力電圧も増加します。また、容量の増加に伴って、Battery A の SOC も増加します。Battery B の出力電圧は、定常状態の値で一定に維持されます。

t = 2500 秒で、Battery A と Battery B を 3 A、周囲温度 0℃で充電します。これにより、充電プロセス中の熱損失が原因で内部温度が上昇し、Battery A の充電電圧が増加します。その後、Battery A と Battery B は、満充電まで引き続き充電されます。

参考文献

1. O. Tremblay, L.-A. Dessaint, A.-I. Dekkiche, A Generic Battery Model for the Dynamic Simulation of Hybrid Electric Vehicles, 2007 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, September 9-13, 2007, Arlington/Texas, USA.

3. Cong Zhu, Xinghu Li, Lingjun Song, Liming Xiang, Development of a theoretically based thermal model for lithium ion battery pack, Journal of Power Sources, Volume 223, 1 February 2013, Pages 155-164.

2. L.H. Saw, K. Somasundaram, Y. Ye, A.A.O. Tay, Electro-thermal analysis of Lithium Iron Phosphate battery for electric vehicles, Journal of Power Sources, Volume 249, 1 March 2014, Pages 231-238.