新エネルギー車の主要な動力源であるパワーバッテリーは、新エネルギー車にとって非常に重要です。車両の実際の使用中、バッテリーは複雑で変化に富んだ動作条件に直面します。航続距離を向上させるために、車両は限られたスペースにできるだけ多くのバッテリーを配置する必要があるため、車両上のバッテリーパックのスペースは非常に限られています。バッテリーは車両の運転中に多くの熱を発生し、時間の経過とともに比較的狭いスペースに蓄積されます。バッテリーパック内のセルが密集しているため、中央部分の放熱もある程度難しくなり、セル間の温度不均一性が悪化します。これにより、バッテリーの充放電効率が低下し、バッテリーの出力に影響します。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及ぼします。
パワーバッテリーの温度は、その性能、寿命、安全性に大きな影響を与えます。低温では、リチウムイオンバッテリーの内部抵抗が増加し、容量が減少します。極端な場合、電解液が凍結し、バッテリーが放電できなくなります。バッテリーシステムの低温性能は大きく影響を受け、電気自動車の出力性能の低下や航続距離の短縮につながります。低温条件下で新エネルギー車を充電する場合、一般的なBMSはまずバッテリーを適切な温度まで加熱してから充電します。適切に処理されないと、瞬間的な過電圧が発生し、内部短絡を引き起こし、さらに発煙、発火、爆発に至る可能性があります。電気自動車バッテリーシステムの低温充電安全性の問題は、寒冷地における電気自動車の普及を大きく阻害しています。
バッテリーの温度管理は、BMS（バッテリー管理システム）の重要な機能の一つであり、主にバッテリーパックを常に適切な温度範囲で動作させ、バッテリーパックの最適な動作状態を維持することを目的としています。バッテリーの温度管理は、主に冷却、加熱、温度均一化の機能から構成されます。冷却および加熱機能は、主に外部周囲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部の温度差を低減し、バッテリーの一部が過熱することによる急速な劣化を防ぐために用いられます。
一般的に、パワーバッテリーの冷却方式は、主に空冷、液冷、直接冷却の3種類に分けられます。空冷方式は、自然風や車室内の冷却空気を利用してバッテリー表面を循環させ、熱交換と冷却を行います。液冷方式は、独立した冷却液配管を使用してパワーバッテリーを加熱または冷却します。現在、この方式が冷却方式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。直接冷却方式は、パワーバッテリーの冷却配管を不要にし、冷媒を直接使用してパワーバッテリーを冷却します。
1. 空冷システム：
初期のパワーバッテリーは、容量とエネルギー密度が小さいため、多くのパワーバッテリーは空冷で冷却されていました。空冷（PTCエアヒーターバッテリー冷却システムは、自然空冷と強制空冷（ファンを使用）の2つのカテゴリに分けられ、自然風や車内の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。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、空冷方式で冷却されています。空冷システムの構造は比較的シンプルで、技術も比較的成熟しており、コストも低く抑えられます。しかし、空気による放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も悪く、バッテリー温度の精密な制御が困難です。そのため、空冷システムは一般的に、航続距離が短く、車重が軽い車両に適しています。
空冷システムにおいては、エアダクトの設計が冷却効果に極めて重要な役割を果たすことを特筆すべきである。エアダクトは主に直列型と並列型に分けられる。直列型は構造が単純だが抵抗が大きい。一方、並列型は構造が複雑で設置面積も大きいが、放熱の均一性に優れている。
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冷却ヒーター冷却液は、バッテリーセルに直接接触するもの（シリコーンオイル、ヒマシ油など）と、水路を介してバッテリーセルに接触するもの（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、冷凍サイクルと連動するチラーを追加し、冷媒を介してバッテリーの熱を除去します。その主要コンポーネントは、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機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間で熱交換を行い、その熱交換量によって冷却液の温度が直接決まります。ウォーターポンプは配管内の冷却液の流量を決定します。流量が速いほど熱伝達性能が向上し、その逆もまた然りです。
投稿日時：2024年8月9日
