新エネルギー車の主要技術の一つは動力用バッテリーです。バッテリーの品質は、電気自動車のコストと航続距離を左右します。バッテリーは、電気自動車の普及と急速な普及にとって重要な要素です。
動力電池の使用特性、要求および応用分野に応じて、国内外で研究開発されている動力電池の種類は、大まかに、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、燃料電池などであり、その中でもリチウムイオン電池の開発が最も注目されています。
パワーバッテリーの発熱挙動
パワーバッテリーモジュールの熱源、発熱速度、バッテリーの熱容量、その他の関連パラメータは、バッテリーの性質と密接に関連しています。バッテリーから発生する熱は、バッテリーの化学的、機械的、電気的性質、特に電気化学反応の性質に依存します。バッテリー反応で発生する熱エネルギーは、バッテリー反応熱Qrで表すことができます。電気化学的分極は、バッテリーの実電圧を平衡起電力からずらします。バッテリー分極によるエネルギー損失はQpで表されます。バッテリー反応は反応式に従って進行しますが、いくつかの副反応も発生します。代表的な副反応としては、電解液の分解やバッテリーの自己放電などが挙げられます。この過程で発生する副反応熱はQsです。また、バッテリーは必ず抵抗を持つため、電流が流れるとジュール熱Qjが発生します。したがって、バッテリーの総熱量は、以下の熱量の合計です：Qt=Qr+Qp+Qs+Qj。
具体的な充電（放電）プロセスによって、バッテリーの発熱の主な要因も異なります。たとえば、バッテリーが正常に充電されている場合、Qrが支配的な要因です。バッテリー充電の後期段階では、電解質の分解により副反応が起こり始めます（副反応熱はQsです）。バッテリーがほぼ完全に充電されて過充電になると、主に電解質の分解が起こり、Qsが支配的になります。ジュール熱Qjは電流と抵抗に依存します。一般的な充電方法は定電流充電で行われ、このときのQjは特定の値です。ただし、始動および加速中は電流が比較的高くなります。HEVの場合、これは数十アンペアから数百アンペアの電流に相当します。このとき、ジュール熱Qjは非常に大きく、バッテリーの発熱の主な発生源になります。
熱管理の制御性の観点から、熱管理システム（HVH）は、アクティブ型とパッシブ型の2種類に分けられます。熱伝達媒体の観点から見ると、熱管理システムは空冷式（PTCエアヒーター）、液冷式（PTCクーラントヒーター）、相変化蓄熱などです。
冷媒（PTCクーラントヒーター）を媒体とする熱伝達では、モジュールと液体媒体（ウォータージャケットなど）との間に熱伝達経路を確立し、対流と熱伝導による間接的な加熱・冷却を行う必要があります。熱伝達媒体としては、水、エチレングリコール、さらには冷媒などが使用できます。また、ポールピースを誘電体の液体に浸漬することで直接熱伝達を行うこともできますが、短絡を防ぐため絶縁対策を講じる必要があります。
パッシブ冷却は、一般的に液体と外気の熱交換を利用し、その後、二次熱交換のためにクーラントをバッテリーに導入します。一方、アクティブ冷却は、エンジン冷却液と媒体の熱交換器、またはPTC電気加熱／サーマルオイル加熱を用いて一次冷却を実現します。暖房、一次冷却は客室空気／エアコン冷媒液媒体で行います。
空気や液体を媒体とする熱管理システムの場合、ファン、水ポンプ、熱交換器、ヒーター、パイプラインなどの付属品が必要なため、構造が大きくなり複雑になり、バッテリーのエネルギーも消費してバッテリー電力が低下します。密度とエネルギー密度が低下します。
水冷式バッテリー冷却システムは、冷媒（50％水/ 50％エチレングリコール）を使用して、バッテリーの熱をバッテリークーラーを介してエアコン冷媒システムに伝達し、次にコンデンサーを介して環境に伝達します。 バッテリー入口水温はバッテリーによって冷却されます。 熱交換後に低温に達しやすく、バッテリーを最適な動作温度範囲で動作するように調整できます。 システムの原理を図に示します。 冷媒システムの主なコンポーネントは、コンデンサー、電動コンプレッサー、蒸発器、遮断弁付き膨張弁、バッテリークーラー（遮断弁付き膨張弁）、エアコンパイプなどです。 冷却水回路には、電動ウォーターポンプ、バッテリー（冷却プレートを含む）、バッテリークーラー、水パイプ、膨張タンク、その他のアクセサリが含まれます。
投稿日時: 2023年4月27日
