新エネルギー車の主力動力源である動力電池は、新エネルギー車にとって極めて重要です。車両の実際の使用中、電池は複雑で変化に富んだ作動条件に直面します。航続距離を向上させるために、車両は一定の空間内にできるだけ多くの電池を配置する必要があり、そのため、車両に搭載する電池パックのスペースは非常に限られています。電池は車両の走行中に大量の熱を発生し、時間の経過とともに比較的狭い空間に蓄積されます。電池パック内のセルが密集しているため、中央領域の熱をある程度放散することが比較的困難であり、セル間の温度不均一性を悪化させます。これにより、電池の充放電効率が低下し、電池の出力に影響を与えます。また、熱暴走を引き起こし、システムの安全性と寿命に影響を与えます。
動力電池の温度は、その性能、寿命、安全性に大きな影響を与えます。低温では、リチウムイオン電池の内部抵抗が増加し、容量が低下します。極端な場合には、電解液が凍結し、電池を放電できなくなります。電池システムの低温性能は大きな影響を受け、電気自動車の出力性能の低下、フェードアウト、航続距離の低下につながります。新エネルギー車を低温条件下で充電する場合、一般的なBMSは、充電前にまず電池を適切な温度まで加熱します。適切な取り扱いをしないと、瞬間的な電圧過充電につながり、内部短絡を引き起こし、さらに発煙、発火、さらには爆発に至る可能性があります。電気自動車の電池システムの低温充電安全性の問題は、寒冷地での電気自動車の普及を大きく制限しています。
バッテリーの熱管理はBMSの重要な機能の一つであり、バッテリーパックを常に適切な温度範囲に保ち、最良の動作状態を維持することを目的としています。バッテリーの熱管理には、主に冷却、加熱、温度均一化の機能が含まれます。冷却機能と加熱機能は、主に外部環境温度がバッテリーに及ぼす影響を考慮して調整されます。温度均一化は、バッテリーパック内の温度差を低減し、バッテリーの特定部分の過熱による急激な劣化を防ぐために使用されます。
一般的に、パワーバッテリーの冷却方式は、主に空冷式、液冷式、直冷式の3種類に分けられます。空冷式は、自然風や車室内の冷気を利用してバッテリー表面を流通させ、熱交換と冷却を実現します。液冷式は、一般的に独立した冷媒配管を用いてパワーバッテリーを加熱または冷却します。現在、この方式が冷却の主流となっています。例えば、テスラとボルトはどちらもこの冷却方式を採用しています。直冷式は、パワーバッテリーの冷却配管を廃止し、冷媒を用いて直接パワーバッテリーを冷却します。
1. 空冷システム：
初期の動力電池は、容量とエネルギー密度が小さかったため、多くの動力電池は空冷で冷却されていました。空冷（PTCエアヒーター）は、自然空冷と強制空冷（ファンを使用）の2種類に分かれており、キャブ内の自然風や冷気を利用してバッテリーを冷却します。
空冷システムの代表的な例としては、日産リーフ、起亜ソウルEVなどが挙げられますが、現在、48Vマイクロハイブリッド車の48Vバッテリーは、一般的に車室内に配置され、空冷によって冷却されています。空冷システムの構造は比較的シンプルで、技術も成熟しており、コストも低いです。しかし、空気によって奪われる熱量が限られているため、熱交換効率が低く、バッテリー内部の温度均一性が悪く、バッテリー温度をより正確に制御することが困難です。そのため、空冷システムは一般的に、航続距離が短く、車両重量が軽い状況に適しています。
空冷システムにおいて、エアダクトの設計は冷却効果に非常に重要な役割を果たすことは特筆に値します。エアダクトは主に直列型と並列型に分けられます。直列型は構造が単純ですが、抵抗が大きく、並列型は構造が複雑で設置スペースも大きくなりますが、放熱の均一性は良好です。
2. 液体冷却システム
液冷モードとは、バッテリーが冷却液を使用して熱を交換することを意味します（PTCクーラントヒーター冷却剤は、バッテリーセルに直接接触するもの（シリコンオイル、ヒマシ油など）と、水路を介して接触するもの（水とエチレングリコールなど）の2種類に分けられます。現在では、水とエチレングリコールの混合溶液がより多く使用されています。液体冷却システムは、一般的に冷凍サイクルにチラーを追加して結合し、冷媒を通してバッテリーの熱を奪います。そのコアコンポーネントは、コンプレッサー、チラー、および電動ウォーターポンプ冷凍の動力源であるコンプレッサーは、システム全体の熱交換能力を決定します。チラーは冷媒と冷却液の熱交換器として機能し、熱交換量が冷却液の温度を直接決定します。ウォーターポンプは、パイプライン内の冷媒の流量を決定します。流量が速いほど熱伝達性能は向上し、逆もまた同様です。
投稿日時: 2024年8月9日
