近年、極渦の勢いが弱まり、寒波が頻発し、特に高緯度地域では異常低温が続いている。多くの電気自動車オーナーが、必要なときに充電できずに立ち往生し、救助を要請せざるを得なくなっている。その主な原因は、リチウムイオン電池が低温で著しく性能を低下させることにある。これらの電池を素早く元の性能に戻すには、バッテリー加熱技術に用いて温める必要がある。温める時間を短縮するため、自動車メーカーはより効率的な加温方法を模索し始めている。数あるバッテリー加熱技術オプションの中で、最もEVメーカーに注目されているのが交流加熱技術である。

交流加熱技術を実施する場合、研究のポイントはバッテリーの劣化を避けながら加熱時間を短縮することにある。広い周波数範囲にわたってリップル電流を重畳できる試験装置は、エンジニアがさまざまな加熱周波数と振幅をシミュレートするのに役立ち、それによって試験時間を大幅に短縮することができる。

氷点下では電解液のイオン伝導度が低下するため、リチウムイオン電池セルの内部抵抗が増加し、エネルギーと電力の出力/入力能力が低下してしまう。交流加熱技術は、適切な周波数の交流電流を利用して内部抵抗を経由し、熱を発生させる。電力は主に抵抗成分と交流電流の実効値（RMS）によって決まる。

電解質加熱の場合は、使用する交流信号の振幅と周波数に影響される。関連研究によると、高周波信号（～1kHz）の方が加熱効率が良く、電池の劣化を避けることができる。

▲図一、リップル電流加熱戦略

交流加熱装置から発生するものに加え、電気自動車や蓄電システムからの電源ノイズ（リップル）干渉など、電池の動作環境にも交流リップル電流が存在する。充電やエネルギー回収に伴うこれらのリップル電流は、過電圧や長期的な電池劣化の問題につながる可能性がある。特にバッテリーの内部抵抗が増加する低温では、充電リップル電流が高いリップル電圧につながる可能性があるため、一部の過電圧は、バッテリー管理システム（BMS）の過電圧検出範囲を超える可能性がある。（例えば、リップル周波数がBMS電圧検出周波数の倍数である場合）。これは、リチウム析出などの異常劣化につながり、バッテリーの安全リスクや性能低下を引き起こす可能性がある。 このような時には、使用電圧を適切に下げるか、リップルや過電圧耐性の高い電池を選択する必要がある。しかし、動作電圧を下げることは、電池の利用可能エネルギーを減らすことを意味するため、より厳密な評価が必要となる。さらに、リップル電流による発熱や周期的変動は、長期劣化をもたらす可能性があると考えられるため、リップル電流の許容周波数領域と大きさを評価することも実験の焦点となっている。

▲図二、リップル電流による過電圧

▲図三、過電位による陽極電極表面へのリチウム析出

Chromaのリップル電流重畳試験システムは、100Hzから20kHz、振幅150Appを超えるリップル電流と、最大1200Aの直流充放電用試験プラットフォームを提供しており、様々な温度試験のための環境チャンバーとプログラム的に統合することができる。このシステムは、独立した高周波AC試験電源とDC充放電試験装置を利用している。このアーキテクチャの利点は、複数の充放電モード（CC、CV、CP、CR、CC-CV、CP-CV、波形）のリップル電流を柔軟に重ね合わせることができることで、リップル電流の動作仕様を評価するための本格的な試験において、電源回路の状態や加熱方法をシミュレートするのに適している。

また、交流回路と直流回路が独立しているため、充放電モードによる遮断判定への影響が少なく、サイクル寿命性能の比較を行う際に大きなメリットがあると考えられている。

 
▲Chroma 17010 600A 2CHシステム図

Chroma 17010シリーズ電池信頼性試験システムの特徴及び仕様については、下記の公式ウェブサイトをご参照の上、ご要望及び連絡先をお知らせください。