1. 新エネルギー車用リチウムイオン電池の特性
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、サイクル寿命が長く、使用時の動作効率が高いという利点があります。新エネルギーの主電源としてリチウム電池を使用することは、優れた電源を得ることと同義です。したがって、新エネルギー車の主要コンポーネントの構成において、リチウム電池セルに関連するリチウム電池パックは、最も重要なコアコンポーネントであり、電力を供給するコア部分となっています。リチウム電池の動作プロセス中、周囲環境には一定の要件があります。実験結果によると、最適な動作温度は20℃から40℃に保たれています。電池周辺の温度が規定の制限を超えると、リチウム電池の性能が大幅に低下し、耐用年数が大幅に短縮されます。リチウム電池周辺の温度が低すぎると、最終放電容量と放電電圧が設定基準から外れ、急激に低下します。
周囲温度が高すぎると、リチウムイオン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、深刻な熱蓄積問題を引き起こします。この熱がスムーズに放出されない場合、リチウムイオン電池の動作時間が長くなるにつれて、電池が爆発する危険性が高まります。この安全上の危険は人身の安全に重大な脅威となるため、リチウムイオン電池は動作時に電磁冷却装置に頼って、装置全体の安全性を向上させる必要があります。このように、研究者がリチウムイオン電池の温度を制御する際には、外部装置を合理的に使用して熱を放出し、リチウムイオン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。温度制御が適切な基準に達すれば、新エネルギー車の安全運転目標が脅かされることはほとんどなくなります。
2. 新エネルギー車用リチウムイオン電池の発熱メカニズム
これらのバッテリーは電源装置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。一部のバッテリーには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。たとえば、鉛蓄電池は中間分岐に十分な電力を供給しますが、動作中に周囲の環境に大きなダメージを与え、このダメージは後で修復不可能になります。そのため、生態安全を保護するために、国は鉛蓄電池を禁止リストに含めています。開発期間中、ニッケル水素電池は良い機会を得て、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、リチウムイオン電池と比較すると、その欠点はやや顕著です。たとえば、通常のバッテリーメーカーがニッケル水素電池の製造コストを制御することは困難です。その結果、市場での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、自動車部品としてそれらを使用することをほとんど検討しません。さらに重要なことに、ニッケル水素電池はリチウムイオン電池よりも周囲温度の影響を受けやすく、高温になると発火する可能性が高い。数々の比較検討の結果、リチウムイオン電池が優れていることが明らかになり、現在では新エネルギー車に広く使用されている。
リチウムイオン電池が新エネルギー車に電力を供給できる理由は、正極と負極に活性物質が含まれているためです。活性物質の連続的な挿入と抽出の過程で大量の電気エネルギーが得られ、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の相互変換が実現され、新エネルギー車に強力な電力が供給され、車と並走することが可能になります。同時に、リチウムイオン電池セルが化学反応を起こすと、熱を吸収・放出してエネルギー変換を完了させる機能も果たします。さらに、リチウム原子は静止しておらず、電解質と隔膜の間を絶えず移動し、内部に分極抵抗が存在します。
熱は適切に放出されるものの、新エネルギー車のリチウムイオン電池周辺の温度が高すぎるため、正極と負極のセパレータが容易に分解してしまう可能性がある。さらに、新エネルギー車のリチウムイオン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体電池の熱をはるかに上回る。温度が所定の値を超えると、電池は爆発する危険性が非常に高くなる。
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については、国内外で高い関心が寄せられ、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の残量バッテリー電力の正確な評価、バッテリーバランス管理、および適用される主要技術に焦点を当てます。熱管理システム.
3.1 バッテリー熱管理システムの残留電力評価方法
研究者たちはSOC評価に多大なエネルギーと労力を費やし、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た。しかし、この方法の適用中に計算エラーが発生することがよくある。エラーが適時に修正されないと、計算結果の差はどんどん大きくなっていく。この欠点を補うため、研究者たちは通常、Anshi評価法を他の方法と組み合わせて相互検証を行い、最も正確な結果を得ようとしている。正確なデータがあれば、研究者たちはバッテリーの放電電流を正確に推定することができる。
3.2 バッテリー熱管理システムのバランスのとれた管理
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分の電圧と電力を調整するために使用されます。異なるバッテリーが異なる部分で使用されると、電力と電圧が異なります。このとき、バランス管理を使用して、両者の不一致を解消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、
等化方式は主に受動等化と能動等化の2種類に分けられます。応用面から見ると、これら2種類の等化方式は実装原理が大きく異なります。
（１）受動バランス。受動均等化の原理は、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、一般的に抵抗放電によって両者の変換を実現します。高出力バッテリーのエネルギーは抵抗加熱によって熱を生成し、その後空気を通して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、過熱の問題によりバッテリーは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版であり、パッシブバランスの欠点を補うものです。実現原理の観点から見ると、アクティブバランスの原理はパッシブバランスの原理を参照するのではなく、全く異なる新しい概念を採用しています。アクティブバランスでは、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のではなく、高エネルギーのバッテリーから低エネルギーのバッテリーへエネルギーを伝達します。さらに、この伝達方法はエネルギー保存の法則に違反せず、損失が少なく、使用効率が高く、結果が速いという利点があります。しかし、バランス管理の構成構造は比較的複雑です。バランスポイントが適切に制御されない場合、その過剰なサイズの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。容量が少なく、個数も少ないリチウム電池パックは受動的な均等化管理に適しており、容量が大きく、個数も多い高出力リチウム電池パックは能動的な均等化管理に適している。
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を調整するために使用されるため、熱管理システムの適用効果を確保するため、研究者によって開発された主要技術は主にバッテリーの動作温度を決定するために使用される。バッテリー温度が適切な範囲内に維持されていれば、リチウムイオンバッテリーは常に最適な動作状態を維持し、新エネルギー車の運転に十分な電力を供給できる。このようにして、新エネルギー車のリチウムイオンバッテリーの性能は常に優れた状態を維持できる。
（２）バッテリーの熱範囲計算と温度予測。この技術には、多数の数学モデル計算が含まれます。科学者は対応する計算方法を使用してバッテリー内部の温度差を取得し、これを基にバッテリーの熱挙動の可能性を予測します。
（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左右されます。現在の新エネルギー車のほとんどは、冷却媒体として空気/冷却液を使用しています。この冷却方法は操作が簡単で、製造コストが低く、バッテリーの放熱目的を十分に達成できます。PTCエアヒーター/PTC冷却ヒーター)
（４）並列換気および放熱構造設計を採用。リチウムイオン電池パック間の換気および放熱設計により、空気の流れを拡大して電池パック全体に均等に分配することができ、電池モジュール間の温度差を効果的に解決します。
（５）ファンと温度測定点の選定。このモジュールでは、研究者らは多数の実験を用いて理論計算を行い、流体力学的手法を用いてファンの消費電力値を取得しました。その後、有限要素法を用いて最適な温度測定点を見つけ、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
