燃料電池車用バッテリーの熱管理

燃料電池は依然として主に商用車に搭載されていますが、乗用車向けにはトヨタ、ホンダ、ヒュンダイの製品しかありません。しかし、この記事は乗用車に焦点を当てているため、比較対象となる他のモデルも乗用車です。ここでは例としてトヨタ ミライを取り上げます。

燃料電池の熱管理システムは、主に以下の3つの特徴を備えています。

燃料電池リアクターの放熱要件
原子炉は水素と酸素の反応が起こる場所であり、発電と同時に熱を発生させる。温度上昇は原子炉の放電出力を高めるのに役立つが、発生した熱は回収できないため、反応生成物である水と原子炉冷却材を一緒に流して熱を放散させる必要がある。

また、リアクトルの温度を維持することで、駆動システムのドライバーの動的要求を満たす出力電力を効果的に制御できます。リアクトルとモーターインバーターのパワーエレクトロニクスから発生する熱は、冬季のコックピット暖房用熱源の一部として利用できます。

原子炉のコールドスタートの問題
燃料電池は低温では直接発電できないため、通常の運転モードに入る前に外部からの熱で温める必要がある。

この時点で、上述の放熱回路を加熱回路に切り替える必要があり、この切り替えには、三方二方弁に似た回路制御弁が必要になる場合があります。

外部から加熱することができます電気PTCヒーターバッテリーから電気加熱電力を供給する。また、反応炉自体が熱を発生させる技術もあり、反応によって発生したエネルギーをより多くの熱として反応炉本体を温めることができるようだ。

ブースター冷却
この部分は、先に述べたハイブリッドカーの例に少し似ています。原子炉の電力需要を満たすためには、反応物である酸素の量にも一定の需要があり、そのため吸気を加圧して密度を高め、酸素の質量流量を増加させる必要があります。このため、後段の冷却が必要となりますが、温度範囲が他のコンポーネントと比較的近いため、同じ冷却回路に直列に接続することができます。

純粋な電気自動車
結論として、今日の市場で最も人気のある車種は純粋な電気自動車です。電気自動車の熱管理に関する研究開発は、主要な自動車メーカーとサプライヤーすべてで行われています。他の車種と異なる主な点は以下の3つです。

冬季の放牧地に関する懸念
航続距離の大部分は、バッテリーのエネルギー密度、車両の電力消費量、および風抵抗によるものであり、これらは熱管理とは直接関係のない要素だが、冬場はそれほど重要ではない。

操縦席の快適性と高電圧バッテリーの低温始動に対応するため、熱管理システムによって大量の電力が消費され、冬季の航続距離が大幅に減少することは既に常態化している。

主な理由は、純粋な電気自動車の駆動システムの発熱量が、エンジンやバッテリーよりもはるかに多く、温度変化に敏感であるためです。

現在、ヒートポンプシステムなどの一般的なソリューションでは、駆動システムの熱とコンプレッサーサイクルを介して環境熱をキャビンとバッテリーに供給し、Weimar EX5 も使用しています。ディーゼルヒーターディーゼル燃焼熱の一部を利用してバッテリーとキャビンの予熱を行う（PTCヒーターもう一つは、バッテリー自己発熱技術であり、バッテリー起動時に少量のエネルギーで各バッテリーユニットを温めることで、外部熱交換回路への依存度を低減するものです。