自動車の動力システムの熱管理は、従来の燃料自動車の動力システムの熱管理と新エネルギー自動車の動力システムの熱管理に分けられます。現在、従来の燃料自動車の動力システムの熱管理は非常に成熟しています。従来の燃料自動車はエンジンで駆動するため、エンジンの熱管理が従来の自動車の熱管理の焦点となっています。エンジンの熱管理には、主にエンジンの冷却システムが含まれます。高負荷運転時にエンジンが過熱しないように、車内システムの熱の30%以上をエンジン冷却回路で放出する必要があります。エンジンの冷却液は、キャビンの暖房に使用されます。
従来の燃料車の動力装置は、従来の燃料車のエンジンとトランスミッションで構成されていますが、新エネルギー車はバッテリー、モーター、電子制御装置で構成されています。両者の熱管理方法は大きく変化しました。新エネルギー車のパワーバッテリーの通常の動作温度範囲は25～40℃です。そのため、バッテリーの熱管理には、バッテリーを温めると同時に放熱する必要があります。同時に、モーターの温度が高すぎないようにする必要があります。モーターの温度が高すぎると、モーターの寿命に影響します。そのため、モーターも使用中に必要な放熱対策を講じる必要があります。以下では、バッテリーの熱管理システムと、モーターの電子制御装置などのコンポーネントの熱管理システムについて説明します。
パワーバッテリーの熱管理システムは、冷却媒体の違いに基づいて、主に空冷式、液冷式、相変化材料冷却式、ヒートパイプ冷却式に分類される。それぞれの冷却方式の原理とシステム構造は大きく異なる。
1) パワーバッテリーの空冷：バッテリーパックと外気は、空気の流れを通して対流熱交換を行います。空冷は一般的に自然冷却と強制冷却に分けられます。自然冷却は、車両走行中に外気がバッテリーパックを冷却する方式です。強制空冷は、ファンを設置してバッテリーパックに強制的に冷却する方式です。空冷の利点は、低コストで商業的に応用しやすいことです。欠点は、放熱効率が低いこと、占有スペースが大きいこと、騒音問題が深刻であることです。PTCエアヒーター)
2) パワーバッテリー液冷：バッテリーパックの熱は液体の流れによって奪われます。液体の比熱容量は空気の比熱容量よりも大きいため、液冷の冷却効果は空冷よりも優れており、冷却速度も空冷よりも速く、バッテリーパックの放熱後の温度分布は比較的均一です。そのため、液冷は商業的にも広く利用されています。PTC冷却ヒーター)
3) 相変化材料の冷却：相変化材料（相変化材料、PCM）には、パラフィン、水和塩、脂肪酸などがあり、相変化時に大量の潜熱を吸収または放出することができ、その際の温度は変化しません。そのため、PCMは追加のエネルギー消費なしに大きな熱エネルギー貯蔵容量を持ち、携帯電話などの電子機器のバッテリー冷却に広く使用されています。しかし、自動車用パワーバッテリーへの応用はまだ研究段階です。相変化材料は熱伝導率が低いという問題があり、バッテリーと接触するPCMの表面が溶融する一方で、他の部分は溶融しないため、システムの熱伝達性能が低下し、大型パワーバッテリーには適していません。これらの問題が解決されれば、PCM冷却は新エネルギー車の熱管理において最も有望な開発ソリューションとなるでしょう。
4) ヒートパイプ冷却：ヒートパイプは、相変化による熱伝達を利用した装置です。ヒートパイプは、飽和作動媒体／液体（水、エチレングリコール、アセトンなど）が充填された密閉容器または密閉パイプです。ヒートパイプの一方の端は蒸発端、もう一方の端は凝縮端となっています。バッテリーパックの熱を吸収するだけでなく、バッテリーパック自体を加熱することも可能です。現在、最も理想的なパワーバッテリーの熱管理システムと考えられていますが、まだ研究開発段階にあります。
5）冷媒直接冷却：直接冷却は、R134a冷媒などの冷媒の蒸発と吸熱の原理を利用し、エアコンシステムの蒸発器をバッテリーボックス内に設置してバッテリーボックスを迅速に冷却する方法です。直接冷却システムは、高い冷却効率と大きな冷却能力を備えています。
投稿日時：2024年4月29日
