電気自動車バッテリー熱管理システム (BTMS)

電気自動車は、ゼロエミッションとタンクからホイールまでの高い効率により、止められないトレンドになるにつれ、バッテリーの性能、コスト、寿命、安全性を向上させることがますます重要になっています。また、バッテリー熱管理システム (BTMS) はバッテリーの性能にとって重要であり、電気自動車 (EV) やハイブリッド電気自動車 (HEV) のパワートレイン システムの全体的なパフォーマンスに不可欠です。 BTMS テクノロジーには次のものが含まれます。

· 空冷システム。

· 液体冷却システム。

· 直接冷媒冷却システム。

· 相変化材料 (PCM)。

· 熱電素子。

・ヒートパイプ冷却。

1. 空冷と暖房

エアシステムは熱媒体として空気を使用します。吸入空気は、大気または客室から直接入ってくる場合もあれば、空調ヒーターまたは蒸発器の後の調整された空気である場合もあります。前者はパッシブエアシステムと呼ばれ、後者はアクティブエアシステムと呼ばれます。アクティブ システムは、追加の冷却または加熱電力を提供できます。パッシブ システムは数百ワットの冷却または加熱電力を提供できますが、アクティブ システムの電力は 1 kW に制限されます。

どちらの場合も、送風機によって空気が供給されるため、強制空気システムと呼ばれます。

2. 液体の冷却と加熱

液体冷却は、水を冷却剤として使用してセルを冷却する冷却システムです。また、液体冷却は、その便利な設計と優れた冷却性能により、最も一般的に使用される冷却システムです。通常、熱管理システムでは 2 つのグループの液体が使用されます。1 つは、鉱物油などのバッテリーモノマーと直接接触できる誘電性流体 (直接接触流体) です。もう 1 つは、エチレングリコールと水の混合物など、細胞と間接的にのみ接触できる導電性流体 (間接接触流体) です。どちらのグループでも、安全性能を向上させるためにバッテリーモジュールを周囲からより適切に隔離するために、間接接触システムが好まれます。液体システムは、冷却に異なるヒートシンクを使用するパッシブ システムとアクティブ システムに分けることもできます。

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3. 冷媒による直接冷却と加熱

活性液体システムと同様に、直接冷媒システム (DRS) は A/C ループで構成されますが、DRS はセル内を循環する熱伝達流体として冷媒を直接使用します。

4. PCM

相変化材料は、溶融プロセス全体を通じて熱を吸収し、最大値に達するまで潜熱として保存します。さらに、PCM は常にしばらく結合し、温度は融点に留まり、その後温度の上昇が遅れます。したがって、PCM は BTMS の導体およびバッファとして使用されます。さらに、PCM はセル温度を管理するために常に別の BTMS システム (液冷または空冷など) と組み合わせられます。

5. 熱電モジュール

熱電モジュールは、電圧を温度差に、またはその逆に変換します。ここでは前者の効果が使用されます。これは、電気を直接消費してモジュールを通じて熱を伝達することを意味します。ファンを2基搭載し、強制対流による熱伝達を向上させます。パッシブエアシステムと熱電モジュールを組み合わせたシステムは、バッテリーを吸気温度よりもさらに低く冷却できます。ただし、出力は依然として 1 キロワット未満の数百ワット程度に制限されています。この冷却の主な問題はシステムの安全性であり、緊急時には問題となる可能性があります。バッテリーセルの冷却液漏れにより短絡が発生し、車両の故障や致命的な事故につながる可能性があります。さらに、毛細管は、十分な圧力降下を維持し、詰まりを避けるために最小限の直径を持たなければなりません。

6. ヒートパイプ

熱電モジュールに加えて、ヒート パイプもパッシブ エア システムをアップグレードするもう 1 つの方法です。ヒートパイプの平らな銅製ハウジングは部分真空下にあります。毛細管構造は焼結銅粉末で作られています。ヒートパイプは作動流体として水を使用します。蒸発器側の水は内圧が低いため熱を吸収し、100℃以下で蒸気となります。凝縮器にたまった水は周囲に熱を放射し、再び液体に戻ります。このサイクルが何度も繰り返されます。