バッテリーシステム用の熱管理ソリューション

温度要因が動力用バッテリーの性能、寿命、安全性に重大な影響を与えることは疑いの余地がありません。一般的に、最高の出力と入力、最大の利用可能なエネルギー、および最長のサイクル寿命を達成するために、バッテリー システムは 15 ～ 35℃の範囲で動作すると予想されます (ただし、低温で保管するとカレンダーの寿命が延びる可能性があります)。ただし、アプリケーションで低温保管を実践することはあまり意味がありません。この点では、バッテリーは人間と非常によく似ています)。

現在、動力電池システムの熱管理は主に自然冷却、空冷、液冷、直接冷却の4つに分類できます。このうち、自然冷却は受動的な熱管理方法であるのに対し、空冷、液冷、直流は能動的な熱管理方法です。これら 3 つの主な違いは、熱交換媒体の違いです。

・自然冷却
フリークーリングには、熱交換のための追加のデバイスはありません。たとえば、BYD は LFP セルを使用する Qin、Tang、Song、E6、Tengshi などのモデルに自然冷却を採用しています。後続のBYDは三元電池を使用するモデルを水冷に切り替えることがわかっている。

・空冷（PTCエアヒーター)
空冷は熱媒体として空気を使用します。一般的なタイプは 2 つあります。1 つ目は受動空冷と呼ばれるもので、熱交換に外気を直接利用します。2 番目のタイプはアクティブ空冷で、バッテリー システムに入る前に外気を予熱または冷却できます。初期の頃、日本と韓国の電気モデルの多くは空冷ソリューションを使用していました。

・液冷
液体冷却では、熱伝達媒体として不凍液 (エチレングリコールなど) が使用されます。一般に、ソリューション内には複数の異なる熱交換回路が存在します。たとえば、VOLT にはラジエター回路、エアコン回路 (PTC エアコン)、および PTC 回路 (PTCクーラントヒーター）。バッテリー管理システムは、熱管理戦略に従って応答し、調整および切り替えを行います。TESLA Model S には、モーター冷却と直列の回路があります。低温でバッテリーを加熱する必要がある場合、モーター冷却回路をバッテリー冷却回路と直列に接続し、モーターでバッテリーを加熱できます。パワーバッテリーが高温になると、モーター冷却回路とバッテリー冷却回路が並列に調整され、2つの冷却システムが独立して放熱します。

1. ガスコンデンサー

2. 二次凝縮器

3. 二次凝縮器ファン

4. ガス凝縮器ファン

5. エアコン圧力センサー（高圧側）

6. エアコン温度センサー（高圧側）

7. 電子エアコンコンプレッサー

8. エアコン圧力センサー（低圧側）

9. エアコン温度センサー（低圧側）

10. 膨張弁（クーラー）

11. 膨張弁（エバポレーター）

・直接冷却
直接冷却では、熱交換媒体として冷媒 (相変化物質) が使用されます。冷媒は、気液相転移プロセス中に多量の熱を吸収する可能性があります。冷媒に比べて熱伝達効率が3倍以上向上し、バッテリー交換も早くなります。システム内の熱は運び去られます。直接冷却方式はBMW i3に採用されています。

 

冷却効率に加えて、バッテリー システムの熱管理スキームでは、すべてのバッテリーの温度の一貫性を考慮する必要があります。PACK には数百のセルがあり、温度センサーはすべてのセルを検出できません。例えば、Tesla Model Sのモジュールには444個の電池が入っていますが、温度検出点は2箇所しか配置されていません。したがって、熱管理設計を通じてバッテリーを可能な限り均一にする必要があります。また、温度の一貫性が良好であることは、バッテリー電力、寿命、SOC などのパフォーマンスパラメータを一貫させるための前提条件です。