バッテリー熱管理システムのための 4 つの冷却技術

リチウムイオン電池は私たちの生活に欠かせない製品として、携帯電話からパソコン、電気自動車に至るまであらゆるものに使われています。電子製品で最も多くの熱を発生するチップと比較すると、電気自動車の発熱部品は動力バッテリーです。そこで、力の研究 バッテリーの熱管理技術 は、電池メーカーや自動車会社にとって最も重要なプロジェクトの 1 つです。

最も原始的な放熱技術は空気放熱であり、空気放熱は能動放熱と受動放熱の2種類に分けられます。放熱の形式に関係なく、空気を使用して熱を除去します。受動的な熱放散は比較的簡単です。主に吸気口、換気経路、排気口を提供します。車両が走行すると、空気がバッテリーと接触して熱を奪います。

しかし、パッシブ放熱の最大の欠点は、放熱効率が不十分であることです。バッテリーの入出力電力が増加し、発熱が増加すると、放熱効果は最小限になります。もう一つの例は、充電時に車両が走行していないときにどのように熱を放散するかです。したがって、積極的な熱放散によりファンやその他の機器を通過する空気の流れが増加し、空気の流れが強化され、熱放散が向上します。

何が優れているのか 空気熱放散 液体冷却技術です。パワーバッテリーは、バッテリー内部またはバッテリー表面に配置された冷却パイプを通じて熱交換され、熱放散がより効率的になります。液体冷却では、冷却液パイプまたは冷却プレート (内部に冷却液が入っている) をパワーバッテリー内に直接配置し、冷却液を関連コンポーネントに流すことでバッテリー内の熱を奪います。

ただし、鍵となるのは、 液体冷却の熱放散 パワーバッテリーの放熱効果に直接影響するポイントでもあります。それは、冷却剤パイプラインの設計と敷設、および冷却剤の流れの方向にあります。適切なリターンパスを形成し、均一な放熱を達成することによってのみ、パワーバッテリー全体の放熱を確保することができます。そのままにしておいてください 温度が均一なレベルにあるため、バッテリーの状態に影響を与える、温度が低すぎる部分も高すぎる部分も存在しません。たとえば、テスラを含む多くの新エネルギー車の動力バッテリーでは、バッテリーパック内に蛇行した冷却パイプが使用されており、これにより冷却パイプとバッテリーの間の接触面積が効果的に増加し、放熱効果が向上します。

近年、受動的な放熱方法、つまり相変化材料による放熱技術が登場してきました。相変化材料は、相変化が起こる際に多量の熱を吸収または放出し、周囲の温度を一定の温度制御に保つことができる冷却材料です。私たちの生活の中で最も一般的な相変化物質は水です。温度が 0°C まで下がると、水は液体から固体に変化します (凍結すると熱が放出されます)。温度が0℃より高くなると、水は固体から液体に変化します。(溶解は吸熱的です)。

相変化熱吸収の原理に基づいて、相変化材料をリチウム電池パックに使用して冷却を実現できます。しかし、相変化材料自体は蓄熱または吸熱物質にすぎず、物質から熱を放散することはできません。したがって、一部の材料は熱伝導率を向上させ、空冷や液体冷却などの他の方法で相変化材料によって吸収された熱を放散します。言い換えれば、相変化材料の放熱技術は、実際には空冷または液体冷却技術において補助的な役割を果たし、放熱効果を最大化することができます。

上記の 3 つの放熱方法に加えて、半導体材料のペルチェ効果を利用して冷却または加熱を実現するエネルギー変換技術である熱電冷却というアクティブ冷却技術もあります。DC電源を接続すると、熱電冷却装置の一端の熱が吸収されて温度が下がり、同時にもう一端の温度が上昇します。さらに、この現象は完全に可逆的です。電流の方向を変える限り、熱を反対方向に向けることができます。方向転換。熱電冷却技術には、冷媒不要、低エネルギー消費、低ノイズという明らかな利点があります。ただし、単独で使用すると冷却効率は高くありません。動力バッテリーで使用する場合、最大の効果を達成するには他の冷却技術と組み合わせる必要があります。

現在、多くの企業が、熱電冷却技術に基づいたパワーバッテリーの熱管理システムを開発しています。複合相変化材料と熱電半導体チップを使用して、熱電半導体チップをバッテリーボックスの側面に埋め込み、複合相変化材料を正方形のモノマーに埋め込みます。バッテリー熱管理システムにおける単一セルの均一性と急速冷却の問題を解決するために、バッテリー間の温度を調整します。

空冷技術最も古典的なテクノロジーであるこのテクノロジーは、現在パワーバッテリーの冷却ニーズを満たすことができず、液体冷却テクノロジーに置き換えられています。液体冷却は、動力バッテリー用の最も成熟した、広く使用されている冷却技術となっています。ただし、バッテリーの熱、バッテリー電力、充電速度が増加するにつれて、液体冷却では徐々にバッテリーの放熱ニーズを満たすことができなくなります。

したがって、新たな相変化材料放熱技術と熱電冷却技術には大きな可能性がありますが、最良の結果を達成するには他の技術と組み合わせる必要があります。現時点では、絶対的に高品質な放熱技術は存在しません。将来の技術トレンドは、複数の放熱技術を組み合わせて、さまざまな放熱ニーズに対応することになるでしょう。