成果報告書詳細
管理番号20130000000058
タイトル平成19年度~平成23年度成果報告書 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 基盤技術開発 次世代自動車用高性能蓄電池基盤技術の研究開発
公開日2013/1/31
報告書年度2007 - 2011
委託先名財団法人電力中央研究所、独立行政法人産業技術総合研究所、財団法人日本自動車研究所、国立大学法人東北大学
プロジェクト番号P07001
部署名スマートコミュニティ部
和文要約【1】基本性能評価試験方法の選定
国際標準IEC/ISO規格、電動車両開発等の動向を踏まえて用語(和・英)を取りまとめ、目標試験項目(重量エネルギー密度等)、参考試験項目(温度特性等)を定め、基本性能評価試験方法を選定した。本事業試作セル(10Ah級)およびモジュール(300Wh級)に適用し、平成23年度試作品の初期性能の開発目標達成を確認した。車両走行模擬やサイクル寿命試験(CLT)プロファイルでの充放電試験で温度影響等を確認し、電動車両諸元がピーク出力等に及ぼす影響をシミュレーションで解析した。
【2】加速劣化試験による寿命評価手法の開発
平成21年度試作セル(10Ah級)を対象としたプラグインハイブリッド車(PHEV)用CLTプロファイルによる連続充放電試験と保存試験を2年間実施し、電池寿命について見通しを得る試験条件とその解析法を提案した。車体重量1500kg、搭載電池重量45kgのPHEVを想定し、その電池要求性能から開発電池の寿命定義(セル換算値:エネルギー密度63Wh/kg、出力密度750W/kg@50%SOC)を提案した。
【3】劣化要因の解明とその抑制方法の開発
18650型モデル電池(正極:NMC ;LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、負極;黒鉛)のXAFS分光による正極Ni K端分析結果から、SOC30%のNiの状態の劣化後の酸化傾向を認め、容量劣化に伴う正極の利用範囲のずれと関連付けた。交流インピーダンス解析での正極側電荷移動抵抗の増加、および正極表面の結晶構造乱れを出力劣化要因として提案した。また熱測定により保存後劣化セルの単位時間あたりの発熱量増大を確認した。新規な構造劣化診断技術として、顕微ラマン分光法や核磁気共鳴(NMR)およびアコースティックエミッション法による電極変化機構解明を図ると共に、和周波(SFG)分光法適用の基礎的知見を得た。さらに抑制法として正極(NMC)のメカノケミカルの手法を検討し、Al2O3被覆による容量低下抑制効果を確認した。
【4】安全性評価試験方法
車両搭載時を想定した安全評価試験について、既存規格・標準を調査・整理して実施項目を抽出し、セルレベルとモジュールでの試験項目に分類し、試験方法を提案した。また蓄電池搭載車両システムとしての安全性確保に関わる法規面の基準動向を調査した。使用状態を想定した車両火災試験を含む計18項目のセル、モジュール試験を実施し、条件の見直しや新たな項目・方法を提案した。一方「強制破壊試験」により、劣化後の潜在エネルギー量は初期より穏やかな傾向を示した。材料レベルの安全性要因の解明として、濫用時発生ガスの分析、加熱試験での交流インピーダンスを解析した。
【5】次世代自動車用蓄電池評価試験方法の標準化・規格化
電池技術WGで試験内容を技術的に検討しつつ、国際標準化・規格化の動きに対応したWGを組織した。電池標準化WGではIEC/TC69、ISO/TC22/SC21、 IEC/TC21/JWG69、 IEC/SC23H等への国際規格案(計20件)、電池充電標準化WGではIEC/TC69、IEC/SC23H、ISO/IEC/JWG-V2GCI等における電池充電システム要件、電池輸送WGでは、海事検定協会、電池工業会、PRBA、USDOT、COSTHAと連携し輸送条件の適正化を目指し、国連リチウム電池試験規則の改訂等に寄与した。
英文要約I. Proposal of fundamental performance estimation methods
i. Research of estimation issues
ii. Research of battery system operation conditions
iii. Proposal of performance estimation methods
We have been discussing fundamental performance estimation methods in cooperation with battery manufactures. And we summarized performance estimation methods, which were proposed in the previous national projects to development and research lithium secondary batteries for eclectic, hybrid and fuel cell vehicles.
II. Development of accelerated cycle-life evaluation methods
i. Discussion of Accelerated conditions for a small prototype cell on an accelerated estimation method
We made discussion about the testing schedule and the test conditions of amounts of charge/discharge capacity for a small proto-type cell. We started to evaluate the performance of small cells supplied by battery manufactures at last quarter terms.
III. Analysis of degradation effects and development of suppression method
i. Development of degradation quantitative analysis methods for a proto-type small cell
ii. Clarification of degradation mechanisms for a proto-type small cell
We try to develop various spectroscopic analysis including Fourier transform infrared-attenuated total reflectance spectroscopy (FTIR-ATR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and discuss the preparation condition to analyze the features of the surface film on the positive electrodes and thickness of the surface films. In-situ analytical methods including Microscope-Raman spectroscopy and Acoustic Emission were applied to detect fading cell materials.
IV. Development of safety evaluation methods
i. Research of safety estimation issues
ii. Safety Estimation of a large proto-type cell
iii. Safety Estimation of a large proto-type modules
iv. Analysis of materials for battery safety performance
We discussed the test conditions and carried out parts of pre-evaluation tests for the safety performance in cooperation with battery manufactures.
V. Codes and standards of performance estimation methods of batteries on a next-generation vehicle
JARI established four working groups of “Battery Technology WG”, “Battery Standard WG”, “Battery Charging Standard WG,” and “Battery Transport WG,” CRIEPI and AIST took part in these work groups with knowledgeable people, and automobile and battery manufactures. We tried to understand the performance of batteries which automobile manufactures require for electric and hybrid vehicles at their meetings.
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