1. 新エネルギー車用リチウム電池の特徴
リチウム電池は、主に自己放電率が低く、エネルギー密度が高く、サイクルタイムが長く、使用時の動作効率が高いなどの利点があります。リチウム電池を新エネルギーの主力電源装置として使用することは、優れた電源を得ることに相当します。そのため、新エネルギー車の主要部品の構成において、リチウム電池セルに関連するリチウム電池パックは、最も重要な中核部品となり、電力を供給する中核部品となっています。リチウム電池の動作プロセス中、周囲の環境に対して一定の要求があります。実験結果によると、最適な動作温度は20℃～40℃に保たれています。電池周囲の温度が規定の限度を超えると、リチウム電池の性能が大幅に低下し、寿命も大幅に短くなります。リチウム電池周囲の温度が低すぎると、最終的な放電容量と放電電圧が規定の基準から外れ、急激に低下します。
周囲温度が高すぎると、リチウム電池の熱暴走の可能性が大幅に高まり、内部の熱が特定の場所に集中して、深刻な蓄熱問題を引き起こします。この部分の熱がスムーズに排出されないと、リチウム電池の動作時間が長くなると、電池が爆発しやすくなります。この安全上の危険は人身の安全に大きな脅威となるため、リチウム電池は電磁冷却装置に頼って動作中に機器全体の安全性能を向上させる必要があります。研究者がリチウム電池の温度を制御する際には、外部装置を合理的に利用して熱を排出し、リチウム電池の最適な動作温度を制御する必要があることがわかります。温度制御が対応する基準に達すると、新エネルギー車の安全運転目標はほとんど脅かされなくなります。
2.新エネルギー車用動力リチウム電池の発熱メカニズム
これらの電池は動力源として使用できますが、実際の使用過程では、それらの違いがより顕著になります。一部の電池にはより大きな欠点があるため、新エネルギー車メーカーは慎重に選択する必要があります。例えば、鉛蓄電池は中間分岐に十分な電力を供給しますが、動作中に周辺環境に重大な損害を与え、後々修復不可能な損害を引き起こす可能性があります。そのため、生態学的安全を守るため、国は鉛蓄電池を禁止リストに含めました。ニッケル水素電池は発展期に好機を得て、開発技術は徐々に成熟し、適用範囲も拡大しました。しかし、リチウム電池と比較すると、その欠点はやや顕著です。例えば、一般的な電池メーカーにとって、ニッケル水素電池の生産コストを管理することは困難です。その結果、市場ではニッケル水素電池の価格は高止まりしています。コストパフォーマンスを追求する一部の新エネルギー車ブランドは、自動車部品としての採用をほとんど検討していません。さらに重要なのは、ニッケル水素電池はリチウム電池に比べて周囲温度の影響をはるかに受けやすく、高温下では発火する可能性が高くなることです。しかし、様々な比較検討の結果、リチウム電池が際立っており、現在では新エネルギー車に広く使用されています。
リチウム電池が新エネルギー車に電力を供給できるのは、正極と負極に活物質が含まれているからです。材料を連続的に充填・抽出する過程で大量の電気エネルギーが得られ、その後、エネルギー変換の原理に従って、電気エネルギーと運動エネルギーを相互に変換することで、新エネルギー車に強力な動力を与え、自動車の走行目的を達成することができます。同時に、リチウム電池セルは化学反応を起こす際に、熱を吸収・放出する機能を持ち、エネルギー変換を完了します。また、リチウム原子は静止しておらず、電解質と隔膜の間を連続的に移動できるため、分極内部抵抗があります。
今では、熱も適切に放出されるようになりました。しかし、新エネルギー車のリチウム電池は周囲の温度が高すぎるため、正極と負極のセパレーターが容易に分解する可能性があります。さらに、新エネルギーリチウム電池は複数の電池パックで構成されており、すべての電池パックから発生する熱は単一の電池の熱をはるかに上回ります。温度が一定値を超えると、電池は極めて爆発しやすくなります。
3. バッテリー熱管理システムの主要技術
新エネルギー車のバッテリー管理システムは、国内外で高い注目を集め、一連の研究が開始され、多くの成果が得られています。本稿では、新エネルギー車のバッテリー熱管理システムにおけるバッテリー残量の正確な評価、バッテリーバランス管理、そしてその主要技術について解説します。熱管理システム.
3.1 バッテリー熱管理システムの残存電力評価方法
研究者たちはSOC評価に多大な労力と努力を費やし、主にアンペア時積分法、線形モデル法、ニューラルネットワーク法、カルマンフィルタ法などの科学的データアルゴリズムを用いて、多数のシミュレーション実験を行ってきました。しかし、これらの方法の適用中に計算誤差が頻繁に発生します。誤差が適時に修正されない場合、計算結果の差はますます大きくなります。この欠陥を補うために、研究者は通常、Anshi評価法を他の方法と組み合わせて相互検証し、最も正確な結果を得ています。正確なデータがあれば、研究者はバッテリーの放電電流を正確に推定できます。
3.2 バッテリー熱管理システムのバランス管理
バッテリー熱管理システムのバランス管理は、主にパワーバッテリーの各部の電圧と電力を調整するために使用されます。異なるバッテリーを異なる部位で使用すると、電力と電圧に差が生じます。この差を解消するためにバランス管理を使用する必要があります。現在、最も広く使用されているバランス管理技術は、
主にパッシブイコライゼーションとアクティブイコライゼーションの2種類に分けられます。応用の観点から見ると、これら2種類のイコライゼーション方式の実装原理は大きく異なります。
（1）パッシブバランス。パッシブ均等化の原理は、バッテリーの電力と電圧の比例関係を利用し、単一のバッテリーストリングの電圧データに基づいて、両者の変換を一般的に抵抗放電によって実現します。高出力バッテリーのエネルギーは抵抗加熱によって発熱し、その後空気中に放散することでエネルギー損失の目的を達成します。しかし、この均等化方法はバッテリーの使用効率を向上させません。さらに、放熱が不均一な場合、バッテリーは過熱の問題により、バッテリーの熱管理タスクを完了できなくなります。
（2）アクティブバランス。アクティブバランスはパッシブバランスの改良型であり、パッシブバランスの欠点を補うものです。実現原理から見ると、アクティブ均等化の原理はパッシブ均等化の原理を指すのではなく、全く異なる新しい概念を採用しています。アクティブ均等化は、バッテリーの電気エネルギーを熱エネルギーに変換して散逸させることがないため、高エネルギーのバッテリーエネルギーを低エネルギーのバッテリーに伝達します。また、このような伝送はエネルギー保存の法則に違反せず、損失が少なく、利用効率が高く、結果が速いなどの利点があります。ただし、バランス管理の構成構造は比較的複雑です。バランスポイントを適切に制御しないと、サイズが大きすぎるためにパワーバッテリーパックに不可逆的な損傷を与える可能性があります。まとめると、アクティブバランス管理とパッシブバランス管理にはそれぞれ長所と短所があります。具体的な用途では、研究者はリチウムバッテリーパックの容量とストリング数に応じて選択することができます。低容量、低数値のリチウム バッテリー パックはパッシブ イコライゼーション管理に適しており、高容量、高数値の電力リチウム バッテリー パックはアクティブ イコライゼーション管理に適しています。
3.3 バッテリー熱管理システムで使用される主な技術
（1）バッテリーの最適な動作温度範囲を決定する。熱管理システムは主にバッテリー周辺の温度調整に用いられるため、熱管理システムの適用効果を確実にするために、研究者が開発したキー技術を主にバッテリーの動作温度の決定に活用する。バッテリー温度が適切な範囲に保たれていれば、リチウム電池は常に最良の動作状態を維持し、新エネルギー車の運行に十分な電力を供給することができる。このようにして、新エネルギー車のリチウム電池の性能は常に良好な状態を保つことができる。
（2）バッテリーの熱範囲計算と温度予測。この技術は、多数の数学モデル計算を伴います。科学者は、対応する計算手法を用いてバッテリー内部の温度差を求め、それを基にバッテリーの熱挙動を予測します。
（3）熱伝達媒体の選択。熱管理システムの優れた性能は、熱伝達媒体の選択に大きく依存します。現在の新エネルギー車の多くは、冷却媒体として空気／冷媒を使用しています。この冷却方法は操作が簡単で、製造コストが低く、バッテリーの放熱という目的を十分に達成できます。PTCエアヒーター/PTCクーラントヒーター)
（4）並列通気・放熱構造設計を採用。リチウム電池パック間の通気・放熱設計により、空気の流れが拡大し、電池パック間に均一に空気が分散されるため、電池モジュール間の温度差を効果的に解消します。
(5) ファンと温度測定点の選定。このモジュールでは、研究者は多数の実験を用いて理論計算を行い、流体力学の手法を用いてファンの消費電力を算出しました。その後、有限要素法を用いて最適な温度測定点を特定し、バッテリー温度データを正確に取得します。
投稿日時: 2024年9月10日
