温度要因がパワーバッテリーの性能、寿命、安全性に決定的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、バッテリーシステムは15～35℃の範囲で動作することが望まれます。これは、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実現するためです（低温保管はバッテリーのカレンダー寿命を延ばすことができますが、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なく、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、電力用バッテリー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種類に分類されます。このうち、自然冷却は受動的な熱管理方法であり、空冷、液冷、直接冷却は能動的な方法です。これら3つの主な違いは、熱交換媒体の違いにあります。
・自然冷却
自然冷却方式は、熱交換のための追加装置を必要としません。例えば、BYDはLFPセルを使用するQin、Tang、Song、E6、Tengshiなどのモデルで自然冷却方式を採用しています。BYDは今後、三元系電池を使用するモデルでは液冷方式に切り替える予定であると理解されています。
・空冷（PTCエアヒーター)
空冷は、熱伝達媒体として空気を利用する方式です。一般的な空冷方式には2種類あります。1つ目は受動空冷と呼ばれ、外部の空気を直接利用して熱交換を行います。2つ目は能動空冷と呼ばれ、バッテリーシステムに入る前に外部の空気を予熱または冷却します。初期の頃は、多くの日本車や韓国車が空冷方式を採用していました。
・液冷
液体冷却では、不凍液（エチレングリコールなど）を熱伝達媒体として使用します。溶液には通常、複数の異なる熱交換回路があります。たとえば、VOLTにはラジエーター回路、エアコン回路（PTCエアコン）、および PTC 回路 (PTC冷却ヒーターバッテリー管理システムは、熱管理戦略に基づいて応答、調整、切り替えを行います。テスラ モデルSには、モーター冷却回路と直列に接続された回路があります。バッテリーが低温で加熱する必要がある場合、モーター冷却回路がバッテリー冷却回路と直列に接続され、モーターがバッテリーを加熱します。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熱を放散します。
1. ガス凝縮器
2. 二次凝縮器
3. 二次コンデンサーファン
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. 電子式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（冷却器）
11. 膨張弁（蒸発器）
・直接冷却
直接冷却方式では、冷媒（相変化物質）を熱交換媒体として使用します。冷媒は気液相転移の過程で大量の熱を吸収します。従来の冷媒と比較して、熱伝達効率は3倍以上向上し、バッテリーの交換もより迅速に行えます。システム内部の熱は効率的に排出されます。直接冷却方式はBMW i3にも採用されています。
冷却効率に加えて、バッテリーシステムの熱管理方式では、すべてのバッテリーの温度の均一性を考慮する必要があります。バッテリーパックには数百個のセルが含まれており、温度センサーですべてのセルを検出することはできません。例えば、テスラ モデルSのモジュールには444個のバッテリーが搭載されていますが、温度検出ポイントはわずか2箇所しかありません。そのため、熱管理設計を通じてバッテリーの温度をできる限り均一にすることが不可欠です。そして、良好な温度均一性は、バッテリーの電力、寿命、SOCなどの性能パラメータの一貫性を確保するための前提条件となります。
投稿日時：2024年4月28日
