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―高信頼性・長寿命を実現する― バッテリマネジメント技術 (設計技術シリーズ) 単行本(ソフトカバー) – 2024/9/13
坂本 俊之
(著)
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【はじめに】
はじめに、本書に興味を持たれ、手に取って頂けたことに感謝申し上げます。
バッテリマネジメントに関する業務に就かれているエンジニアの方が、ボリュームゾーンの読者と考えますが、ご期待を裏切らない詳しい内容としました。
厚い冊子となった分、辞書のようにバッテリマネジメント技術を網羅した説明と受け取られるかも知れません。
本書のつくりは、辞書とは真逆で、取り上げた技術について、とことん分かるように説明したことで、厚くなってしまったのが本当のところです。
バッテリマネジメントに長年取り組んでこられた技術者、研究者の方をはじめ、バッテリマネジメントに初めて取り組む方から、興味はあるが数式が出てくるとお手上げとなってしまう方まで、読み通せるように説明しました。
本書をパラパラと捲ってもらうと、たくさんの数式や図表があり、戸惑うかもしれません。
たくさん載せたのは、読んでいても、説明が途中から飛躍してしまい、読者の思考がついていけないことには、決してならないようにしたためです。
技術者の方であれば、数式部を含め、紙と鉛筆を用意しなくても、電車の立ち読み程度でも理解できるように解説しました。
普通レベルの学生が在籍する理工系の大学院で教えていますが、本書に出てくる状態変数を用いたエネルギシステムモデルを解析する授業では、途中で脱落することなく最後まで履修できています。
同様に、読者は本書を最後まで読み通せると考えます。
本書の解説は、レベルを落として、分かったように誤解させる内容ではありません。特に、若い読者の方が、本書で学んだ技術を足掛かりに業務へ生かして貰えると、当該分野でイニシアチブが取れるエンジニアとなれるはずです。
【各章の概要】(1章より一部抜粋)
本書は、全7章から構成される。順に読むと無理なく理解が進む。各章の解説は、他の章に対して独立している。章内は、節により成り立っており、第5章を除き、各節の解説も独立している。興味ある節を見つけ、節だけ読んで完結できるので、忙しい時間の合間を縫って読み進めることが可能である。
数式や図表番号は、節毎に番号を振っている。前掲の数式を引用する場合は、引用時に当該式を再掲したので、頁を繰ることなく読み進めることができる。各章の内容は次の通りである。
第2章は、電動車のバッテリマネジメントの考え方について解説した。バッテリマネジメントの考え方の説明にあたり、搭載電池となるリチウムイオン電池と全固体電池について最初に解説した。
第3章は、バッテリ特性とバッテリ特性から見たマネジメントについて説明した。ここでは、重要度の高いバッテリマネジメントの課題に関するバッテリ特性を取り上げた。
第4章は、本書のメインパートとなるバッテリマネジメント制御について説明した。バッテリの長寿命制御の第1節は、リチウムイオンバッテリのセルばらつきを説明し、セルばらつきを解消するためにインダクタンス素子を使う場合のセルエネルギ均等化について回路図を使って詳しく説明した。
劣化バッテリの復活制御の第2節は、はじめにニッケル水素バッテリのモジュール内セル間ばらつきの解消方法について説明した。初期のハイブリッド自動車から搭載されているので、市場から返却された劣化電池として多数存在している。現在、大多数がリユースされることもなく廃棄されるので、復活制御は取り組む価値のある技術といえる。次に、リチウムイオンバッテリのセル間ばらつきを解消する方法について解説した。
バッテリの状態変数とバッテリマネジメント制御の第3節は、コイルのインダクタンスを利用した均等充電回路から、バッテリ2 セル間の均等充電回路を抜き出し、均等充電回路の動作を動作モードに分けて解説した。
AI(人工知能)とバッテリマネジメント制御の第4 節は、はじめにニューラルネットワーク制御を概説し、実測した電池の放電電圧カーブへ、AI による画像処理解析を適用して、電池の劣化診断に応用できることを示した。
第5章は、交流インピーダンス法によるバッテリ劣化モデルと劣化診断解析について説明した。
第6章は、バッテリマネジメントシステムとの連携について説明した。
第7章は、マネジメント対象バッテリの将来展望と課題について説明した。
【目次】
まえがき
第1章 バッテリマネジメントとは
1.バッテリマネジメントに期待される技術課題
2.各章の概要
第2章 EV・HEV用バッテリとマネジメントの考え方
第1節 リチウムイオン電池
1.電池の構成部材と役割
2.リチウムイオン電池の充放電サイクル
第2節 全固体電池
1.現行の電池における課題
2.リチウムイオン電池と全固体電池
3.全固体化のメリットと可能性
4.全固体電池の構成材料
5.無機固体電解質と伝導イオン
第3節 バッテリマネジメントの考え方
1.電動車両のバッテリマネジメントの概要
2.基本となる電動車両のバッテリマネジメント
3.これから求められるバッテリマネジメント
第3章 バッテリ特性とマネジメント
第1節 バッテリの温度特性とマネジメント
1.電池冷却の概要
2.電池冷却における熱の伝達
3.電池冷却の熱制御モデル
第2節 バッテリの充放電特性とマネジメント
1.電池の充放電特性の位置付け
2.電池の充放電特性
3.OCV 解析
4.OCV 解析の実際
5.リユース、リサイクル電池への適用
第4章 バッテリマネジメント制御
第1節 バッテリの長寿命制御
1.リチウムイオンバッテリのセルばらつき
2.インダクタンス素子でばらつきを解消する
3.インダクタンスとキャパシタンス素子でばらつきを解消する
第2節 劣化バッテリの復活制御
1.ニッケル水素バッテリのモジュール内セル間ばらつきを解消する
2.リチウムイオンバッテリのセル間ばらつきを解消する
2. 1 リチウムイオンバッテリの3 セル間ばらつき
2. 2 3 セル間ばらつき解消の一般解析
2. 3 3セル間ばらつき解消の実データ解析( 外部電源なし)
2.4 3セル間ばらつき解消シミュレーション( 外部電源なし)
2.5 3セル間ばらつき解消の実データ解析( 外部電源あり)
2.6 3セル間ばらつき解消シミュレーション( 外部電源あり)
第3節 バッテリの状態変数とバッテリマネジメント制御
1.リチウムイオンバッテリのエネルギを均等化する
2.状態変数を使ってエネルギ均等化を可視化する
第4節 AI( 人工知能) とバッテリマネジメント制御
1.AI 技術の発展
2.ニューラルネットワーク制御
2. 1 ニューロン
2. 2 ニューラルネットワークのアルゴリズム
2. 3 交差エントロピー
2. 4 画像処理
3.電池計測データとAI による画像処理解析
第5章 交流インピーダンス法によるバッテリ劣化モデルと劣化診断解析
第1節 バッテリ等価回路によるバッテリ劣化モデル
1.リチウムイオンバッテリのAC インピーダンス
2.SEI 層を考慮したバッテリの電気的等価回路モデルとモデル計算
3.SEI 層を考慮したバッテリの電気的等価回路のAC インピーダンスシミュレーション
第2節 バッテリ劣化モデルによる劣化診断解析
1.常温での実測とシミュレーション比較
2.低温での実測とシミュレーション比較
3.シミュレーション特性
4.等価回路定数とサイクル劣化
第6章 バッテリマネジメントシステムとの連携
第1節 バッテリマネジメントシステムとモータ制御
1.モータ制御における高速スイッチング化と電流の追従特性
2.DC ブラシレスモータの制御
3.インダクションモータの制御
第2節 バッテリマネジメントシステムと太陽光発電システムとの連携
1.太陽光自家発電システムと電力系統との連携
2.太陽光自家発電システムと電力負荷マネジメント
第7章 マネジメント対象バッテリの将来展望と課題
1.電池の市場と市場展開
2.ライフサイクルアセスメント
3.全固体電池の技術的課題
4.今後の研究開発の方向性
参考文献
索引
はじめに、本書に興味を持たれ、手に取って頂けたことに感謝申し上げます。
バッテリマネジメントに関する業務に就かれているエンジニアの方が、ボリュームゾーンの読者と考えますが、ご期待を裏切らない詳しい内容としました。
厚い冊子となった分、辞書のようにバッテリマネジメント技術を網羅した説明と受け取られるかも知れません。
本書のつくりは、辞書とは真逆で、取り上げた技術について、とことん分かるように説明したことで、厚くなってしまったのが本当のところです。
バッテリマネジメントに長年取り組んでこられた技術者、研究者の方をはじめ、バッテリマネジメントに初めて取り組む方から、興味はあるが数式が出てくるとお手上げとなってしまう方まで、読み通せるように説明しました。
本書をパラパラと捲ってもらうと、たくさんの数式や図表があり、戸惑うかもしれません。
たくさん載せたのは、読んでいても、説明が途中から飛躍してしまい、読者の思考がついていけないことには、決してならないようにしたためです。
技術者の方であれば、数式部を含め、紙と鉛筆を用意しなくても、電車の立ち読み程度でも理解できるように解説しました。
普通レベルの学生が在籍する理工系の大学院で教えていますが、本書に出てくる状態変数を用いたエネルギシステムモデルを解析する授業では、途中で脱落することなく最後まで履修できています。
同様に、読者は本書を最後まで読み通せると考えます。
本書の解説は、レベルを落として、分かったように誤解させる内容ではありません。特に、若い読者の方が、本書で学んだ技術を足掛かりに業務へ生かして貰えると、当該分野でイニシアチブが取れるエンジニアとなれるはずです。
【各章の概要】(1章より一部抜粋)
本書は、全7章から構成される。順に読むと無理なく理解が進む。各章の解説は、他の章に対して独立している。章内は、節により成り立っており、第5章を除き、各節の解説も独立している。興味ある節を見つけ、節だけ読んで完結できるので、忙しい時間の合間を縫って読み進めることが可能である。
数式や図表番号は、節毎に番号を振っている。前掲の数式を引用する場合は、引用時に当該式を再掲したので、頁を繰ることなく読み進めることができる。各章の内容は次の通りである。
第2章は、電動車のバッテリマネジメントの考え方について解説した。バッテリマネジメントの考え方の説明にあたり、搭載電池となるリチウムイオン電池と全固体電池について最初に解説した。
第3章は、バッテリ特性とバッテリ特性から見たマネジメントについて説明した。ここでは、重要度の高いバッテリマネジメントの課題に関するバッテリ特性を取り上げた。
第4章は、本書のメインパートとなるバッテリマネジメント制御について説明した。バッテリの長寿命制御の第1節は、リチウムイオンバッテリのセルばらつきを説明し、セルばらつきを解消するためにインダクタンス素子を使う場合のセルエネルギ均等化について回路図を使って詳しく説明した。
劣化バッテリの復活制御の第2節は、はじめにニッケル水素バッテリのモジュール内セル間ばらつきの解消方法について説明した。初期のハイブリッド自動車から搭載されているので、市場から返却された劣化電池として多数存在している。現在、大多数がリユースされることもなく廃棄されるので、復活制御は取り組む価値のある技術といえる。次に、リチウムイオンバッテリのセル間ばらつきを解消する方法について解説した。
バッテリの状態変数とバッテリマネジメント制御の第3節は、コイルのインダクタンスを利用した均等充電回路から、バッテリ2 セル間の均等充電回路を抜き出し、均等充電回路の動作を動作モードに分けて解説した。
AI(人工知能)とバッテリマネジメント制御の第4 節は、はじめにニューラルネットワーク制御を概説し、実測した電池の放電電圧カーブへ、AI による画像処理解析を適用して、電池の劣化診断に応用できることを示した。
第5章は、交流インピーダンス法によるバッテリ劣化モデルと劣化診断解析について説明した。
第6章は、バッテリマネジメントシステムとの連携について説明した。
第7章は、マネジメント対象バッテリの将来展望と課題について説明した。
【目次】
まえがき
第1章 バッテリマネジメントとは
1.バッテリマネジメントに期待される技術課題
2.各章の概要
第2章 EV・HEV用バッテリとマネジメントの考え方
第1節 リチウムイオン電池
1.電池の構成部材と役割
2.リチウムイオン電池の充放電サイクル
第2節 全固体電池
1.現行の電池における課題
2.リチウムイオン電池と全固体電池
3.全固体化のメリットと可能性
4.全固体電池の構成材料
5.無機固体電解質と伝導イオン
第3節 バッテリマネジメントの考え方
1.電動車両のバッテリマネジメントの概要
2.基本となる電動車両のバッテリマネジメント
3.これから求められるバッテリマネジメント
第3章 バッテリ特性とマネジメント
第1節 バッテリの温度特性とマネジメント
1.電池冷却の概要
2.電池冷却における熱の伝達
3.電池冷却の熱制御モデル
第2節 バッテリの充放電特性とマネジメント
1.電池の充放電特性の位置付け
2.電池の充放電特性
3.OCV 解析
4.OCV 解析の実際
5.リユース、リサイクル電池への適用
第4章 バッテリマネジメント制御
第1節 バッテリの長寿命制御
1.リチウムイオンバッテリのセルばらつき
2.インダクタンス素子でばらつきを解消する
3.インダクタンスとキャパシタンス素子でばらつきを解消する
第2節 劣化バッテリの復活制御
1.ニッケル水素バッテリのモジュール内セル間ばらつきを解消する
2.リチウムイオンバッテリのセル間ばらつきを解消する
2. 1 リチウムイオンバッテリの3 セル間ばらつき
2. 2 3 セル間ばらつき解消の一般解析
2. 3 3セル間ばらつき解消の実データ解析( 外部電源なし)
2.4 3セル間ばらつき解消シミュレーション( 外部電源なし)
2.5 3セル間ばらつき解消の実データ解析( 外部電源あり)
2.6 3セル間ばらつき解消シミュレーション( 外部電源あり)
第3節 バッテリの状態変数とバッテリマネジメント制御
1.リチウムイオンバッテリのエネルギを均等化する
2.状態変数を使ってエネルギ均等化を可視化する
第4節 AI( 人工知能) とバッテリマネジメント制御
1.AI 技術の発展
2.ニューラルネットワーク制御
2. 1 ニューロン
2. 2 ニューラルネットワークのアルゴリズム
2. 3 交差エントロピー
2. 4 画像処理
3.電池計測データとAI による画像処理解析
第5章 交流インピーダンス法によるバッテリ劣化モデルと劣化診断解析
第1節 バッテリ等価回路によるバッテリ劣化モデル
1.リチウムイオンバッテリのAC インピーダンス
2.SEI 層を考慮したバッテリの電気的等価回路モデルとモデル計算
3.SEI 層を考慮したバッテリの電気的等価回路のAC インピーダンスシミュレーション
第2節 バッテリ劣化モデルによる劣化診断解析
1.常温での実測とシミュレーション比較
2.低温での実測とシミュレーション比較
3.シミュレーション特性
4.等価回路定数とサイクル劣化
第6章 バッテリマネジメントシステムとの連携
第1節 バッテリマネジメントシステムとモータ制御
1.モータ制御における高速スイッチング化と電流の追従特性
2.DC ブラシレスモータの制御
3.インダクションモータの制御
第2節 バッテリマネジメントシステムと太陽光発電システムとの連携
1.太陽光自家発電システムと電力系統との連携
2.太陽光自家発電システムと電力負荷マネジメント
第7章 マネジメント対象バッテリの将来展望と課題
1.電池の市場と市場展開
2.ライフサイクルアセスメント
3.全固体電池の技術的課題
4.今後の研究開発の方向性
参考文献
索引
- 本の長さ296ページ
- 出版社科学情報出版株式会社
- 発売日2024/9/13
- 寸法14.8 x 1.86 x 21 cm
- ISBN-104910558330
- ISBN-13978-4910558332
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商品の説明
著者について
坂本 俊之(さかもと としゆき)
旧所属:東海大学工学部動力機械工学科、東海大学大学院工学研究科機械工学専攻 教授( 2022 年定年退職)
最終学歴:神戸大学大学院海事科学研究科博士課程後期課程修了(総代)
専門分野:バッテリマネジメントコントロール、エネルギ変換工学、エネルギシステム工学、自動車工学、制御工学、画像処理解析
学位ほか:博士( 工学)、技術士( 総合技術監理部門、機械部門)文部科学省登録第58740 号
所属学会:日本マリンエンジニアリング学会
その他の特記事項:2021 年度日本マリンエンジニアリング学会 学会賞、論文賞、ロイドレジスターマンソン賞( 三賞同時受賞は、同学会および同前任の日本舶用機関学会を含め初)。2016 年度タイ機械学会国際会議 自動車航空船舶部門 最優秀論文賞。
旧所属:東海大学工学部動力機械工学科、東海大学大学院工学研究科機械工学専攻 教授( 2022 年定年退職)
最終学歴:神戸大学大学院海事科学研究科博士課程後期課程修了(総代)
専門分野:バッテリマネジメントコントロール、エネルギ変換工学、エネルギシステム工学、自動車工学、制御工学、画像処理解析
学位ほか:博士( 工学)、技術士( 総合技術監理部門、機械部門)文部科学省登録第58740 号
所属学会:日本マリンエンジニアリング学会
その他の特記事項:2021 年度日本マリンエンジニアリング学会 学会賞、論文賞、ロイドレジスターマンソン賞( 三賞同時受賞は、同学会および同前任の日本舶用機関学会を含め初)。2016 年度タイ機械学会国際会議 自動車航空船舶部門 最優秀論文賞。
登録情報
- 出版社 : 科学情報出版株式会社 (2024/9/13)
- 発売日 : 2024/9/13
- 単行本(ソフトカバー) : 296ページ
- ISBN-10 : 4910558330
- ISBN-13 : 978-4910558332
- 寸法 : 14.8 x 1.86 x 21 cm
- Amazon 売れ筋ランキング: - 270,870位本 (本の売れ筋ランキングを見る)
- - 6,565位電気・通信 (本)
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