バッテリーの熱管理
バッテリーの動作プロセス中、温度はその性能に大きな影響を与えます。温度が低すぎると、バッテリー容量と出力が急激に低下し、バッテリーがショートする可能性があります。温度が高すぎると、バッテリーが分解、腐食、発火、さらには爆発する可能性があるため、バッテリーの熱管理の重要性はますます高まっています。パワーバッテリーの動作温度は、性能、安全性、バッテリー寿命を決定する重要な要素です。性能の観点から見ると、温度が低すぎるとバッテリーの活動が低下し、充放電性能が低下し、バッテリー容量が急激に低下します。比較すると、温度が10°Cまで低下すると、バッテリーの放電容量は常温の93%になりましたが、温度が-20°Cまで低下すると、バッテリーの放電容量は常温の43%にしか低下しませんでした。
李俊秋氏らの研究によると、安全性の観点から、温度が高すぎるとバッテリーの副反応が加速されるという。温度が60℃に近づくと、バッテリー内部の材料／活性物質が分解し、「熱暴走」を起こし、温度が急上昇し、400～1000℃に達することがあり、発火や爆発につながる。温度が低すぎる場合は、バッテリーの充電速度を低く維持する必要がある。そうしないと、バッテリー内のリチウムが分解し、内部短絡による発火を引き起こす可能性がある。
バッテリー寿命の観点から見ると、温度がバッテリー寿命に与える影響は無視できません。低温充電になりやすいバッテリーでは、リチウムの析出によりサイクル寿命が数十倍に急速に低下し、高温はバッテリーの暦寿命とサイクル寿命に大きな影響を与えます。研究によると、気温が23℃のとき、残容量80%のバッテリーの暦寿命は約6238日ですが、気温が35℃に上昇すると暦寿命は約1790日になり、気温が55℃に達すると暦寿命は約6238日ではなく、わずか272日に減少します。
現時点では、コストと技術的制約により、バッテリーの熱管理（BTMS）は導電性媒体の利用方法が統一されておらず、空冷（アクティブおよびパッシブ）、液冷、相変化材料（PCM）の3つの主要な技術経路に分けられます。空冷は比較的シンプルで、液漏れのリスクがなく、経済的です。LFPバッテリーの初期開発や小型車分野に適しています。液冷は空冷よりも効果が高く、コストも高くなります。空気と比較して、液冷媒体は比熱容量が大きく、熱伝達率が高いという特徴があり、空冷効率の低さという技術的欠点を効果的に補います。現在、乗用車の主な最適化計画となっています。張富斌氏は研究の中で、液冷の利点は放熱が速く、バッテリーパックの温度を均一に保つことができ、発熱量の多いバッテリーパックに適していると指摘しています。欠点は、高コスト、厳しいパッケージ要件、液漏れのリスク、構造の複雑さです。相変化材料は、熱交換効率とコストの両方の利点があり、メンテナンスコストも低いという利点があります。現在の技術はまだ実験段階にあります。相変化材料の熱管理技術はまだ十分に成熟しておらず、将来のバッテリー熱管理の最も潜在的な発展方向です。
全体的に、液体冷却は主に以下の理由により、現在主流の技術ルートとなっています。
（1）現在主流の高ニッケル三元系電池は、リン酸鉄リチウム電池に比べて熱安定性が悪く、熱暴走温度（分解温度、リン酸鉄リチウムは750℃、三元系リチウム電池は300℃）が低く、発熱量が大きいという欠点がある。一方、BYDのブレード電池や寧徳時代のCTPなどの新たなリン酸鉄リチウム応用技術は、モジュールを不要にし、空間利用率とエネルギー密度を向上させ、電池の熱管理を空冷技術から液冷技術へとさらに推進している。
（2）補助金削減の指導や消費者の航続距離に対する不安の影響を受け、電気自動車の航続距離は継続的に伸びており、バッテリーのエネルギー密度に対する要求はますます高まっています。そのため、より高い熱伝達効率を持つ液体冷却技術への需要が高まっています。
（3）モデルは、十分なコスト予算、快適性の追求、コンポーネントの耐障害性の低さ、高性能など、中高級モデルの方向に発展しており、液体冷却ソリューションは、より要件に沿ったものとなっています。
従来の自動車であれ、新エネルギー車であれ、消費者の快適性に対する要求はますます高まっており、コックピットの熱管理技術は特に重要になっています。冷凍方式では、通常のコンプレッサーの代わりに電動コンプレッサーが冷凍に使用され、バッテリーは通常、エアコンの冷却システムに接続されています。従来の自動車は主に斜板式を採用していますが、新エネルギー車は主に渦流式を採用しています。この方式は、高効率、軽量、低騒音で、電気駆動エネルギーとの互換性が高く、構造がシンプルで動作が安定しており、体積効率は斜板式よりも60％高くなっています。％程度です。加熱方式では、PTC加熱（PTCエアヒーター/PTCクーラントヒーター）が必要であり、電気自動車にはゼロコストの熱源（内燃機関の冷却剤など）がない。
投稿日時: 2023年7月7日
