自動車の熱管理システムは、車室内環境と自動車部品の作動環境を調整する重要なシステムであり、冷却、加熱、内部熱伝導を通じてエネルギー利用効率を向上させます。簡単に言えば、熱があるときには解熱剤を使用し、寒さが耐えられないときにはカイロを使用するようなものです。純粋な電気自動車の複雑な構造は人間の操作では介入できないため、自動車自身の「免疫システム」が重要な役割を果たします。
電気自動車の熱管理システムは、バッテリーのエネルギーを最大限に活用することで走行をサポートします。車内の熱エネルギーを空調やバッテリーに有効活用することで、バッテリーのエネルギーを節約し、車両の航続距離を延ばすことができます。特に、極寒・高温下では、そのメリットは顕著です。電気自動車の熱管理システムは、主に以下の主要コンポーネントで構成されています。高電圧バッテリー管理システム（BMS）、バッテリー冷却プレート、バッテリークーラー、高電圧PTC電気ヒーターおよびモデルに応じたヒートポンプシステム。
バッテリー冷却パネルは、純電気自動車のバッテリーパックの直接冷却に使用できます。直接冷却（冷媒冷却）と間接冷却（水冷冷却）に分けられます。バッテリーに合わせて設計・組み合わせることで、バッテリーの効率的な動作と寿命の延長を実現します。キャビティ内に冷媒と冷却剤の2種類の媒体を備えたデュアルサーキットバッテリークーラーは、純電気自動車のバッテリーパックの冷却に適しており、バッテリー温度を高効率領域に維持し、最適なバッテリー寿命を確保します。
純粋な電気自動車には熱源がないので、高電圧PTCヒーター車内に迅速かつ十分な暖かさを供給するには、標準出力4～5kWのヒートポンプが必要です。純粋な電気自動車の余熱では車内を完全に暖めるには不十分であるため、ヒートポンプシステムが必要です。
なぜハイブリッド車がマイクロハイブリッドも重視するのか、疑問に思われるかもしれません。ここでマイクロハイブリッドと分けている理由は、高電圧モーターと高電圧バッテリーを採用したハイブリッド車は、熱管理システムの観点でプラグインハイブリッド車に近いため、こうしたモデルの熱管理アーキテクチャについては、後述するプラグインハイブリッドの項で紹介します。ここで言うマイクロハイブリッドとは、主に48Vモーターと48V/12Vバッテリー、例えば48V BSG（ベルト・スターター・ジェネレーター）を指します。その熱管理アーキテクチャの特徴は、以下の3点にまとめられます。
モーターやバッテリーは空冷式が主流ですが、水冷式や油冷式もございます。
モーターとバッテリーが空冷式であれば、パワーエレクトロニクスの冷却問題はほとんどありません。ただし、バッテリーが12Vバッテリーを使用し、12Vから48Vへの双方向DC/DCコンバータを使用している場合は、モーターの始動電力とブレーキ回復電力の設計によっては、このDC/DCに水冷配管が必要になる場合があります。バッテリーの空冷は、バッテリーパックの空冷回路で設計し、ファン制御によって強制空冷を実現できます。これにより、設計タスクが増加します。つまり、エアダクトの設計とファンの選定です。シミュレーションを使用してバッテリーの冷却効果を分析する場合、強制空冷は液冷式バッテリーよりも難しくなります。これは、ガス流の熱伝達が液流の熱伝達よりもシミュレーション誤差が大きいためです。水冷と油冷の場合、熱管理回路は、発熱量が少ないことを除けば、純粋な電気自動車の熱管理回路に似ています。また、マイクロハイブリッドモーターは高周波で動作しないため、一般的に急激な発熱を引き起こすような連続的な高トルク出力はありません。唯一の例外は、近年48Vの高出力モーターも開発されていることです。軽ハイブリッドとプラグインハイブリッドの間では、プラグインハイブリッドよりもコストが低く、駆動力がマイクロハイブリッドや軽ハイブリッドよりも強力です。そのため、48Vモーターの稼働時間と出力電力が大きくなり、熱管理システムが時間通りにそれと連携して熱を放散させる必要があります。
投稿日時: 2023年4月20日
