REC-DFBレーザーアレイを用いた多点リチウムイオン電池温度モニタリング用高速FBG応答
High-Speed FBG Interrogation for Multi-Point Lithium-Ion Battery Temperature Monitoring Using a REC-DFB Laser Array
リチウムイオン電池の高速・高分解能温度モニタリングのため、再構成等価チャープ分布帰還(REC-DFB)レーザーアレイに基づく高速ファイバーブラッググレーティング(FBG)温度モニタリングシステムが開発された。24チャンネルのREC-DFBレーザーアレイは、オンチップ光コンバイナと半導体光増幅器を統合し、約50nmの連続波長スイープ範囲、チャンネルあたり約2.4nmのチューニング範囲、チャンネル電力均等化を実現する。電池変形による温度・ひずみ間のクロス感度を抑制するため、ポリイミドパッケージを備えたひずみ分離型FBG温度センサーが開発され、20-80°Cの範囲で9.7-10.4 pm/°Cの感度と0.998以上の決定係数を示した。4Cまでの放電レートで電池実験が行われ、FBGと熱電対の同時測定が行われた。提案システムは5kHzの応答速度を達成し、ゆっくり変化する熱条件下では熱電対と良好な一致を示した。4Cでの急激な熱過渡状態では、FBGで測定されたピーク温度上昇は熱電対よりも2.1-2.6°C高く、電池表面全体で最大5.98°Cの温度上昇差が観測された。このシステムは、リチウムイオン電池の動的かつ空間的に不均一な熱挙動の高速・多点モニタリング能力を示す。
- 再構成等価チャープ分布帰還(REC-DFB)レーザーアレイに基づく高速FBG温度モニタリングシステムが開発された。24チャンネル構成でオンチップ光コンバイナと半導体光増幅器を統合し、約50nmの連続波長スイープ範囲、チャンネルあたり約2.4nmのチューニング範囲、チャンネル電力均等化を実現
- 電池変形による温度・ひずみ間のクロス感度を抑制するポリイミドパッケージのひずみ分離型FBG温度センサーを開発し、20-80°Cで9.7-10.4 pm/°Cの感度と0.998以上の決定係数を示した
- 4Cまでの放電レートで電池実験を実施し、提案システムは5kHzの応答速度を達成。ゆっくり変化する熱条件下では熱電対と良好に一致した
- 4Cの急激な熱過渡状態では、FBGで測定されたピーク温度上昇が熱電対より2.1-2.6°C高く、電池表面全体で最大5.98°Cの温度上昇差が観測された
- リチウムイオン電池の動的かつ空間的に不均一な熱挙動を高速・多点でモニタリングできることを実証
リチウムイオン電池の熱マネジメントは急速充放電時の安全性・寿命・性能を左右する中核課題であり、本記事は5kHz応答・多点計測という計測技術側の進展を示す。4C放電時にFBGが熱電対より2.1〜2.6°C高いピーク温度を捉え、電池表面で最大5.98°Cの不均一を検出した点は、既存の熱電対ベースBMSでは見逃される局所過熱リスクを示唆する。電池セル/パック設計やBMS高度化、車載・蓄電システムの安全規格対応に波及し得る要素技術として注目する。ただし現段階は研究段階の計測実証であり、特定企業の製品化・調達の発表ではないため、投資判断には採用企業や量産実装の動向を継続的に確認する必要がある。