純粋な電気自動車の熱管理モード:
バッテリー浸漬冷却
車両電動化の新しい用途では、電気コンポーネントを冷却および加熱して最適な動作温度に維持することが重要です。これによりコンポーネントの寿命と性能が保証されます。 したがって、適切な熱管理システムが不可欠です。 つまり、使用する電動コンポーネントに合わせて適切な熱管理システムを設計する必要があります。
バッテリーの動作温度が高すぎると、バッテリー容量の損失が発生し、極端な場合には熱暴走が発生する可能性があります。 バッテリーの動作温度が低すぎると、バッテリー効率の低下、抵抗の増加、バッテリー容量の低下、およびリチウムデンドライト (リチウムメッキ層) の形成が発生する可能性があります。 リチウムメッキ層は、バッテリーコアの劣化や故障の促進を引き起こします。
熱管理の目標は、システムが最適な動作温度と安全な温度に保たれるようにすることです。 さらに問題を複雑にしているのは、バッテリー システムの最適温度は動作モードに応じて変化する可能性があることです。 急速充電時の最適温度は、走行時や駐車（駐車）時の最適温度と異なる場合があります。
現在使用されているバッテリーの熱管理システムには、主に空冷、間接液冷、直接液冷 (浸漬冷却とも呼ばれる)、および相変化材料が含まれます。
各種冷却システムの説明
空冷システムは、設計が簡単でコスト効率が高く、漏れの問題がないため、最も広く使用されています。 空冷には強制対流を利用したアクティブタイプと自然対流を利用したパッシブタイプがあります。 空気は液体などの媒体に比べて熱容量が小さく、熱伝導率が低いため、より大きなバッテリーパックとより高速な充電を備えた次世代の電気自動車に空冷が選択される技術になる可能性は低いです。
液体冷却は、間接冷却と直接冷却の 2 つの方法に分けられます。 クーラントは空気よりも大きな熱容量と高い熱伝導率を持っています。 間接液冷は、バランスの取れた温度制御により、現在、バッテリーの熱管理のための最も一般的なソリューションの 1 つです。 最も一般的に使用される冷却剤は、水とエチレングリコールの混合物です。 間接冷却の原理は、冷却剤がセル/バッテリー モジュールの底部または側面のチャネルを通って流れ、システムから熱を逃がすことです。
冷却は、特定のサーマル インターフェイス マテリアル (TIM) を使用することで改善できます。 空冷と比較した間接液冷の欠点は、システムが複雑であることです。 部品やチャネル/チューブが増えると、故障が増え、重量が増加し、漏れの問題が発生する可能性があります。
もう 1 つの新しい冷却技術は、浸漬冷却とも呼ばれる直接液体冷却です。これは、バッテリーを誘電性液体に完全に浸します。 これは、電気的破壊に対して高い耐性を持つ非導電性の液体です。 この技術の導入は、バッテリープロセスとコンポーネント設計の複雑さを大幅に軽減できることを意味し、システムの重量と体積の削減にも役立ち、バッテリー温度制御の安定性とバランスが大幅に向上します。 浸漬冷却により、熱交換器を使用せずに必要に応じてバッテリーを加熱または冷却できるため、効率が大幅に向上します。
冷却剤の特性は熱管理において重要な役割を果たし、次の要件を満たす必要があります。
優れた電気絶縁性
高い比熱容量と高い熱伝導率
不燃性および/または高引火点
製造が簡単で大量に入手可能
適切な動作温度範囲を持っています
液体は保存期限が長い
適切な浸漬クーラントを選択する際には、上記の要件に加えて、材料の適合性、低密度、低粘度、環境への優しさなども考慮する必要があります。
