新エネルギー車の主電源としてパワーバッテリーが重要であることは言うまでもありません。実際の車両使用において、バッテリーは複雑かつ多様な動作条件に直面します。走行距離を伸ばすためには、車両は限られたスペースにできるだけ多くのバッテリーセルを配置する必要があるため、車両上のバッテリーパックのスペースは非常に限られています。バッテリーは車両の運転中に大量の熱を発生し、比較的狭いスペースに時間とともに蓄積されます。バッテリーパック内部ではバッテリーセルが密集して積み重ねられているため、中央部分の放熱が比較的困難になり、セル間の温度差が拡大します。その結果、バッテリーの充放電効率が低下し、出力に影響を及ぼします。深刻な場合には、熱暴走を引き起こし、システムの安全性と寿命に影響を与える可能性もあります。
パワーバッテリーの温度は、その性能、寿命、安全性に大きな影響を与えます。低温では、リチウムイオンバッテリーは内部抵抗が増加し、容量が低下する可能性があります。極端な場合、電解液が凍結し、バッテリーが放電できなくなることもあります。バッテリーシステムの低温性能は大きく影響を受け、電気自動車の出力性能の低下や航続距離の短縮につながります。低温条件下で新エネルギー車を充電する場合、BMS（バッテリー管理システム）は通常、充電前にバッテリーを適切な温度まで加熱します。適切に処理されないと、瞬間的な過充電が発生し、内部短絡を引き起こし、発煙、発火、さらには爆発につながる可能性があります。電気自動車のバッテリーシステムにおける低温充電の安全性の問題は、寒冷地での電気自動車の普及を大きく阻害しています。
バッテリーの熱管理は、BMSにおける重要な機能の1つであり、主にバッテリーパックが常に適切な温度範囲内で動作することを保証し、それによってバッテリーパックの最適な動作状態を維持することを目的としています。バッテリーの熱管理主な機能としては、冷却、加熱、温度バランス調整などがあります。冷却および加熱機能は、主に外部環境温度がバッテリーに及ぼす影響に応じて調整されます。温度バランス調整は、バッテリーパック内部の温度差を低減し、バッテリーの一部が過熱することによる急速な劣化を防ぐために用いられます。
一般的に、パワーバッテリーの冷却方式は、空冷、液冷、直接冷却の3種類に大別されます。空冷方式は、自然風や車室内の冷気を利用してバッテリー表面を冷却し、熱交換を行います。液冷方式は、独立した冷却液配管を用いてパワーバッテリーを加熱または冷却します。現在、この方式はテスラやボルトなどで採用されており、冷却方式の主流となっています。直接冷却方式は、パワーバッテリーの冷却配管を不要にし、冷媒を直接使用してパワーバッテリーを冷却します。
1. 空冷システム：
初期のパワーバッテリーは、容量とエネルギー密度が小さかったため、空冷で冷却されることが多かった。空冷は、自然空冷と強制空冷（ファンを使用）の2種類に分けられ、自然空冷は自然の空気、または運転室からの冷気を利用してバッテリーを冷却する。
空冷システムの代表的な例としては、日産リーフ、起亜ソウルEVなどが挙げられます。現在、48Vマイクロハイブリッド車の48Vバッテリーは一般的に乗員室に配置され、空冷によって冷却されています。あるパワーバッテリーの空冷経路図を図2に示します。空冷システムの構造は比較的単純で、技術も比較的成熟しており、コストも比較的低くなっています。しかし、空気によって運ばれる熱量が限られているため、熱伝達効率が低く、バッテリー内部の温度均一性も悪く、バッテリー温度の精密な制御が困難です。そのため、空冷システムは一般的に、走行距離が短く、車両重量が軽い状況に適しています。
2. 液体冷却システム
液冷方式とは、バッテリーが冷却液を用いて熱交換を行う方式であり、その概略図を図3に示す。冷却液は、バッテリーセルに直接接触するタイプ（シリコーンオイル、ヒマシ油など）と、水路を介してバッテリーセルに接触するタイプ（水とエチレングリコールなど）の2種類に分けられる。現在では、水とエチレングリコールの混合液が一般的に使用されている。液冷システムは通常、冷凍サイクルと連動したチラーを追加し、冷媒を介してバッテリーから熱を奪う。その主要構成要素は、コンプレッサー、チラー、およびウォーターポンプ冷凍機の動力源であるコンプレッサーは、システム全体の熱伝達能力を決定します。チラーは冷媒と冷却液の交換に関与し、熱交換量によって冷却液の温度が直接決まります。ウォーターポンプは配管内の冷却液の流量を決定し、流量が速いほど熱伝達性能が向上し、その逆もまた然りです。
3. 直接冷却システム：
図11に示すように、直接冷却システムは、エアコンシステムの冷媒を使用してパワーバッテリーを直接冷却します。エアコンシステムの蒸発器がバッテリーシステムに直接設置され、冷媒が蒸発器内で蒸発してバッテリーシステムで発生した熱を直接除去することで、より速く効果的な冷却プロセスを実現します。現在、直接冷却を使用するモデルは比較的少なく、最も代表的なのはBMW i3です。液体間の中間熱交換がないため、冷凍システムはコンパクトな構造で、冷却効率が高く（液冷の3～4倍）、コストも比較的低くなっています。しかし、配管内で冷媒の気液変換が発生するため、システム全体の制御が比較的複雑で、温度均一性が低いという問題があります。また、システムの高圧耐性とシール性に対する要求が高く、車両全体への適用には大きなリスクがあります。
投稿日時：2026年3月27日
