バッテリーの熱管理
バッテリーの動作中、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、バッテリーの容量と出力が急激に低下し、バッテリーが短絡する可能性もあります。一方、温度が高すぎるとバッテリーが分解、腐食、発火、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性が低下し、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。比較の結果、温度が10℃まで低下した場合、バッテリーの放電容量は常温時の93%でしたが、-20℃まで低下した場合は、常温時のわずか43%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。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」が発生して温度が急激に上昇し、400～1000℃に達して発火や爆発につながる可能性がある。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、バッテリーのリチウムが分解して内部短絡が発生し、発火する可能性がある。
バッテリー寿命の観点から、温度がバッテリー寿命に与える影響は無視できません。低温充電が起こりやすいバッテリーではリチウム析出によりバッテリーのサイクル寿命が数十倍に急激に低下し、高温はバッテリーのカレンダー寿命とサイクル寿命に大きな影響を与えます。調査によると、温度が23℃の場合、残容量が80%のバッテリーのカレンダー寿命は約6238日ですが、温度が35℃に上昇するとカレンダー寿命は約1790日になり、温度が55℃に達するとカレンダー寿命は約6238日からわずか272日になります。
現在、コストと技術的な制約により、バッテリーの熱管理（BTMS) は、導電媒体の使用において統一されておらず、主に 3 つの技術経路に分けられます。空冷 (能動および受動)、液冷、相変化材料 (PCM)。空冷は比較的シンプルで、漏洩のリスクがなく、経済的です。LFP バッテリーの初期開発や小型自動車分野に適しています。液冷の効果は空冷よりも優れていますが、コストが高くなります。空気と比較して、液冷媒体は比熱容量が大きく、熱伝達係数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。これは、現在の乗用車の主な最適化計画です。張富斌は研究で、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こと、欠点はコストが高いこと、パッケージング要件が厳しいこと、液漏れのリスクがあること、構造が複雑であることだと指摘しました。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が低いです。現在の技術はまだ実験室段階です。相変化材料の熱管理技術はまだ完全に成熟しておらず、将来のバッテリー熱管理において最も有望な発展方向である。
総じて、液冷は現在主流の技術となっているが、その主な理由は以下のとおりである。
（１）一方では、現在の主流の高ニッケル三元電池は、リン酸鉄リチウム電池に比べて熱安定性が悪く、熱暴走温度が低く（分解温度はリン酸鉄リチウムが750℃、三元リチウム電池が300℃）、発熱量が多い。他方では、BYDのブレードバッテリーや寧徳時代のCTPなどの新しいリン酸鉄リチウム応用技術は、モジュールを排除し、スペース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促進している。
（２）補助金削減の方針や消費者の航続距離への不安の影響を受け、電気自動車の航続距離は伸び続け、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る。熱伝達効率の高い液冷技術への需要が高まっている。
（３）モデルは中級から高級モデルの方向に発展しており、十分な予算、快適性の追求、低い部品故障許容度、高性能が求められており、液冷ソリューションは要求により合致している。
従来型自動車であろうと新エネルギー車であろうと、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。冷凍方式に関しては、冷凍に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使用され、バッテリーは通常、空調冷却システムに接続されています。従来型車両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、低騒音であり、電気駆動エネルギーとの互換性が非常に高いです。さらに、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約60%高くなっています。加熱方式に関しては、PTC加熱（PTCエアヒーター/PTC冷却ヒーター)が必要であり、電気自動車には（内燃機関の冷却水のような）コストのかからない熱源がない。
投稿日時：2023年7月7日
