はじめに
NETZSCH マルチモジュール熱量計（マルチモジュール熱量計（MMC）ベースユニットと交換可能なモジュールからなるマルチモード熱量計。1つのモジュールは暴走反応熱量測定用（ARC ）で、ARC-モジュールです。2つ目のモジュールは走査試験に使用され（走査モジュール）、3つ目と4つ目のモジュールは電池やポリマー、コインセル（コインセルモジュール）の薬学的試験に関連しています。MMC）274Nexus （図1）には3つの異なる測定モジュールがあります。ARC® （Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search は、暴走反応熱量測定(ARC)に基づく熱量計装置で使用される測定モードである。HWS）モジュール は、いわゆるHeat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search は、暴走反応熱量測定(ARC)に基づく熱量計装置で使用される測定モードである。heat-wait-search （Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search は、暴走反応熱量測定(ARC)に基づく熱量計装置で使用される測定モードである。HWS）試験や熱暴走試験に使用できます[1][2]。走査モジュールは、吸熱（吸熱性）または発熱（発熱性）相転移の評価や熱危険性スクリーニングなどの用途に適しています[3][4]。コインセルモジュールは、電池の調査に特化しています[5]。外部バッテリーサイクリングユニットは、LEMOコネクターを介してコインセルモジュールに簡単に接続できます。電圧と電流の信号は、NETZSCH Proteus® 評価ソフトウェアに転送することができます。その結果、電力信号は自動的に決定され、充電と放電を個別に定量化することができます。充放電時の熱損失を検出することで、バッテリーのサイクル効率を評価することができます。この目的のために、ツインサンプルキャリアはDSCのような差動セットアップを提供します（図2）。
電池の非破壊等温充放電試験のほとんどは、常温に近い温度範囲（small ）で行われるため、熱量計をそれに合わせて校正することが不可欠である。温度と感度の校正には、通常、金属が標準物質として使用される[6]。
バッテリー状態の判定
エネルギー貯蔵システムの使用に関しては、携帯電話やノートパソコンの残り駆動時間の評価であれ、電気自動車の航続距離の評価であれ、現在の「充填レベル」が常に注目される。携帯電話やノートパソコンの充電時間が、むしろ小さな役割を果たすとしても、エレクトロモビリティの文脈では特に重要な意味を持ちます。
トン・モデル
エネルギー貯蔵システムの現状をうまく記述することは、最初に見たよりも難しい場合がある。7]によると、バレル・モデルは、使用中の最も重要な影響因子、特に経年劣化による影響因子を視覚的に説明するのに適しているため、うまく説明するのに役立っている（図3）。このモデルは、エネルギー貯蔵システムを雨水樽に例えており、樽内の液体のレベルは現在の充電状態を表している。新しい状態での総容量は、最大容量の100％に相当する。樽の底には「放電」用の出口があり、上部には「充電」用の入口がある。注入口と排出口の直径が限られているのは、樽の充放電速度に限界があることを示している。この限界はアキュムレータの内部抵抗に相当する。注入口と排出口が閉じられている場合でも、small の穴があり、したがって完全な気密性がないため、バレルは時間の経過とともに流体を失います。これらの損失はアキュムレータの自己放電に相当します。アキュムレータの老化は、「石」の形成によってさらに説明されます。これらはバレルの使用可能容積を減少させ、したがってエネルギー貯蔵システムの容量を減少させる。また、時間の経過とともにバレルが錆び、small の穴の数が増加するため、「自己放電」による損失が増加する。
図 3 に示すこのモデルにより、蓄圧器の動作における最も重要なプロセスを説明することができます。エネルギー貯蔵システムの現在の状態は、「健康状態」とも呼ばれます。
充放電時の損失
バッテリーの状態にかかわらず、充電と放電の各プロセスでもエネルギー損失が発生する。携帯電話やノートパソコンが、集中的な操作中や充電中に熱を持つことは、私たち自身の経験からもよく知られている。このように放出される熱量は、エネルギー貯蔵システムを通じて実際に使用することができないため、これらの熱発生はエネルギー損失を意味する。
マルチモジュール熱量計（MMC）ベースユニットと交換可能なモジュールからなるマルチモード熱量計。1つのモジュールは暴走反応熱量測定用（ARC ）で、ARC-モジュールです。2つ目のモジュールは走査試験に使用され（走査モジュール）、3つ目と4つ目のモジュールは電池やポリマー、コインセル（コインセルモジュール）の薬学的試験に関連しています。MMC（図2）のコインセルモジュールに搭載されたセンサーの助けを借りて、これらの熱損失を検出し、定量化することができます。
充放電サイクルの制御
リチウムイオン電池は過充電に非常に敏感で、電解液の分解につながりやすいからである。そのため、一般的な充電方法では、最大充電電圧を4.2Vに制限するのが普通である[7]。この研究でも、リチウムイオン・セル（LiR 2032）の充放電サイクルは、充電に4.2 V、放電に2.5 Vのカットオフ電圧を使用して制限された。その結果、図4に一例として示したサイクルになった。プリチャージ・サイクル（ここでは図示せず）の後、コ インセルは25℃で45 mAの定電流で4.2 Vのカットオフ電圧1 まで充電される。続く緩和フェーズ 2 では、コインセルとセンサーは熱平衡に戻ります。二重充電フェーズ3はカットオフ電圧2.5 Vによって制限され、再び緩和フェーズ4が続きます。
電流と電圧の信号はサイクルユニットからNETZSCH Proteus® 評価ソフトウェアに転送され、そこで電力信号が自動的に計算されます。充放電中の損失を決定するために、投入電力と放出熱量は、各部分サイクルについて独立して決定することができる。こうすることで、投入されたエネルギーのどの割合が熱として放出されたかを示すことができる。
図5は、充電プロセスの熱流信号の面積評価によって、投入エネルギー（ここでは411.6 J）が自動的に計算され、測定された熱流信号（ここでは11.12 J）に比例することを示している。この結果、効率は97.3％となる。続く放電では、発熱量が著しく高いため、効率は89.9%にとどまる。
異なる充放電レート
充電と放電のサイクルを、前述のシャットオフ基準に従って異なるレートで実施した場合、エネルギー貯蔵システムによって吸収されるエネルギー、したがってもちろん放電中に利用可能なエネルギー量は、それぞれのレートに非常に強く依存することがわかります（図6）。同じセル（LiR 2032）を45 mA（C/1）で充電した場合、415 Jが吸収されるのに対し、C/8（5.6 mA）の充電レートでは、ほぼ550 Jが吸収される。
アキュムレータを循環させる温度もまた、吸収エネルギー量と充放電効率に影響を与える。図7は異なる温度での充電サイクルの吸収エネルギーを示している。
概要
MMC コインセルモジュール 274Nexus を使用して、充電可能な LiR 2032 コインセルを、異なる温度と異なる充電速度で、それによって発生する熱について調査した。充電サイクルには、4.2 Vと2.5 Vの上限カットオフ電圧と下限カットオフ電圧を使用した。充電中にサイクル・ユニットからアキュムレータに供給される電力は、サイクル・ユニットの電流および電圧信号から定量化することができる。このプロセス中に放出される熱はコインセルモジュールのセンサーによって直接測定されます。アキュムレータに伝達される電力と放出される熱量の比率により、充電および放電プロセスの効率を独立して決定することができます。吸収される電力とそれぞれの充放電効率は、充電率と温度に強く依存することが示されています。