バッテリー温度管理システム (BTMS)
バッテリー熱管理システム (BTMS) は電気自動車の中核システムの 1 つであり、自動車全体の安全性、パフォーマンス、寿命に直接影響します。
I. バッテリーに熱管理が必要な理由
動力電池、特にリチウムイオン電池は、その性能、寿命、安全性が動作温度に大きく依存します。{0}
最適な動作範囲
バッテリーの理想的な動作温度範囲は通常 15 度から 40 度であり、最適範囲は約 20 度から 35 度です。
高温による危険性
過度の高温 (60 度を超えるなど) は、バッテリーの容量低下を促進し、内部抵抗を増加させ、極端な場合には熱暴走を引き起こし、火災や爆発を引き起こす可能性があります。
低温の危険性
温度が過度に低いと、バッテリー内の内部化学反応の速度が低下し、その結果、容量と出力が急激に低下し、充電が困難になり、リチウムが析出してバッテリーが損傷する可能性があります。
温度差による危険性
バッテリー・パック内のセルまたはモジュール間の不均一な温度分布 (過剰な温度差) は、パフォーマンスの一貫性の低下につながり、バッテリー・パック全体の劣化を促進し、使用可能な容量を制限します。
したがって、効率的な熱管理システムは、バッテリー温度を最適な範囲内に維持し、バッテリー パック内の最大温度差を最小限に抑えることを目的としています (理想的には 3 度以下)。
II.熱システムの仕組み
液体熱管理システムは、熱を放散したりバッテリーを加熱したりする媒体として循環冷却剤を使用します。
冷却機能
熱吸収: 電動ポンプによって駆動される冷却剤は、バッテリー パック内の液体冷却プレート (通常はバッテリー モジュールと接触している) を通って流れ、バッテリーによって発生する熱を吸収します。
熱放散: 熱を吸収した高温の冷却剤は、フロント ラジエーター (空冷) に送られるか、車両の空調システムと熱交換 (チラー熱交換器を介して) し、熱を外気に放散します。-
循環: 冷却された冷却剤はバッテリーパックに戻り、次のサイクルが始まります。
加熱機能
バッテリー温度が低すぎる場合、システムは PTC ヒーター (正の温度係数サーミスター) を使用して冷却剤を加熱できます。
温められた冷却剤は液体冷却プレートを通って流れ、バッテリーを加熱する「湯たんぽ」のように機能します。
一部の先進的なシステムでは、電気駆動システムによって生成された廃熱を利用し、バッテリー加熱用のプレート熱交換器を通じて廃熱を回収し、エネルギー効率を向上させることもできます。
Ⅲ．システムの主要コンポーネント
一般的な液体熱管理システムは主に次のコンポーネントで構成されます。
液体冷却プレート: バッテリーモジュールと直接接触するコアの熱交換コンポーネントで、通常は内部流路設計のアルミニウムで作られています。その設計は、放熱能力、信頼性、軽量性のバランスを取る必要があります。
冷却剤: 高い熱伝導率、絶縁 (短絡を防ぐため)、低粘度、広い動作温度範囲、および良好な材料適合性が必要です。エチレングリコール-水混合物が一般的に使用されますが(比率は不凍液の要件に応じて調整されます)、純粋な有機アルコールやその他の誘電性流体も使用される場合があります。
電動ポンプ: 冷却液を循環させるための動力を供給します。多くの場合、その速度はオンデマンド供給を実現し、エネルギー消費を削減するために調整可能です。-
熱交換器(Chiller): 冷却を強化するために使用される、冷却水回路と空調冷却回路を接続する熱交換器。
ラジエーター: 車両の前部に位置し、空気の流れを通じて冷却剤からの熱を放散します。
プレート式熱交換器：廃熱回収など、異なる回路間の熱交換に使用されます。
PTCヒーター：加熱が必要な場合に冷却水を加熱する装置。
バルブ本体 (例: 三方弁、電磁弁): 冷媒の流れ方向を制御し、異なるモード間の切り替えを可能にします (例: 冷却モードと加熱モードの間、または異なる熱源間の切り替え)。
リザーバー：温度変化による冷却水の膨張・収縮を補償し、充填・排出を容易にします。
センサーとコントロールユニット: 温度センサーはバッテリーと冷却水の温度をリアルタイムで監視します。バッテリー管理システム (BMS) 熱管理コントローラーは頭脳であり、アルゴリズムを使用して温度信号と車両の状態に基づいて、ポンプ、PTC ヒーター、バルブ、空調用コンプレッサーなどのアクチュエーターの動作をインテリジェントに制御します。
