新エネルギー電池システムの熱管理
新エネルギー車の主電源として、動力電池は新エネルギー車にとって非常に重要です。 車両の実際の使用中、バッテリーは複雑で変化しやすい動作条件に直面します。 航続距離を向上させるためには、車両は一定のスペース内にできるだけ多くのバッテリーを配置する必要があるため、車両上のバッテリーパックのスペースは非常に限られています。 バッテリーは車両の動作中に大量の熱を発生し、時間の経過とともに比較的狭いスペースに蓄積します。 バッテリーパック内ではバッテリーセルが高密度に積層されているため、中央領域の熱をある程度放散することが比較的難しくなり、セル間の温度不均一が悪化してバッテリーの充放電効率が低下します。バッテリーの電力に影響を与えます。 熱暴走を引き起こし、システムの安全性や寿命に影響を与えます。
パワーバッテリーの温度は、バッテリーの性能、寿命、安全性に大きな影響を与えます。 リチウムイオン電池は低温になると内部抵抗が増加し、容量が低下します。 極端な場合には、電解液が凍結し、バッテリーが放電できなくなります。 バッテリーシステムの低温性能は大きな影響を受け、電気自動車の出力性能に影響を及ぼします。 フェードと走行距離が減少します。 低温条件下で新エネルギー車を充電する場合、一般的な BMS は充電前にまずバッテリーを適切な温度まで加熱します。 取り扱いを誤ると瞬間的に過充電が起こり、内部ショートを起こし、さらに発煙、発火、さらには爆発を引き起こす可能性があります。 電気自動車のバッテリーシステムの低温充電の安全性の問題により、寒冷地での電気自動車の普及が大幅に制限されています。
バッテリーの熱管理は BMS の重要な機能の 1 つで、主にバッテリー パックを常に適切な温度範囲で動作させ、バッテリー パックの最適な動作状態を維持します。 バッテリーの熱管理には、主に冷却、加熱、温度均一化の機能が含まれます。 冷却および加熱機能は主に、外部周囲温度がバッテリーに与える影響を考慮して調整されています。 温度均一化は、バッテリーパック内の温度差を減らし、バッテリーの特定部分の過熱による急激な劣化を防ぐために使用されます。 表 1 に示すように、一般にバッテリーは 20 ～ 35 度の温度範囲で動作すると予想され、車両の最高の出力と入力、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できます。
一般に、パワーバッテリーの冷却モードは、主に空冷、液冷、直接冷却の 3 つのカテゴリに分類されます。 空冷モードでは、自然風や車室内の冷却風をバッテリー表面に流し、熱交換と冷却を行います。 液冷は一般に独立した冷媒パイプラインを用いて動力用バッテリーを加熱または冷却する方式であり、現在ではこの方式が冷却の主流となっている。
1.空冷システム:
初期の動力電池では、その容量とエネルギー密度が小さいため、多くの動力電池は空冷によって冷却されていました。 空冷には、自然空冷と強制空冷(ファンを使用)の2種類があります。 バッテリーは自然風またはキャブ内の冷気によって冷却されます。 空冷システムの構造は比較的単純で、技術は比較的成熟しており、コストは低いです。 しかし、空気によって奪われる熱には限りがあるため、熱交換効率が低く、バッテリー内部の温度均一性が悪く、バッテリー温度をより正確に制御することが困難です。 したがって、空冷式は一般的に走行距離が短く、車両重量が軽い場合に適しています。
2. 液冷システム
液冷モードとは、バッテリーが冷却液を使用して熱を冷却することを意味します。 冷却液は、バッテリーコアに直接接触するもの（シリコンオイル、ヒマシ油など）と、水路を介してバッテリーコアに接触するもの（水、エチレングリコールなど）の2種類に分けられます。 エチレングリコール混合溶液がより一般的に使用されます。 液冷システムでは通常、冷凍サイクルに冷却装置を追加し、バッテリーの熱を冷媒を通じて奪います。 そのコアコンポーネントは、コンプレッサー、チラー、ウォーターポンプです。 コンプレッサーは冷凍の動力源としてシステム全体の熱交換能力を決定します。 チラーは冷媒と冷却液の間の交換器として機能し、熱交換量が冷却液の温度を直接決定します。 ウォーターポンプはパイプライン内の冷却剤の流量を決定します。 流量が速いほど熱伝達性能は良くなり、その逆も同様です。
