新エネルギー産業向けの熱管理情報

国家政策の支援と従来のエネルギー源の枯渇に直面して、新エネルギー車はますます急速に開発され、より成熟しています。中国汽車報のデータによると、2022年末、中国の自動車市場における新エネルギー車の台数は過去最高を記録した。 1月から11月までの新エネルギー車の生産台数は625万3,000台、販売台数は606万7,000台で前年同期比100％増加し、市場シェアは25％に達し、いずれも過去最高を記録した。市場の需要が増加し続けるにつれて、製品の信頼性に対する要求も高まっています。新エネルギー車の最も重要なコンポーネントであるバッテリーの耐久性と寿命は、ユーザーが最も懸念している問題です。バッテリーの熱管理は、バッテリーの耐用年数と低温でのバッテリー寿命に影響を与える重要な技術の 1 つです。

新エネルギー車の熱管理

1. 車両の熱管理構成

新エネルギー車の冷却システムは、一般にバッテリー冷却循環システム、モーター電子制御冷却循環システム、エアコン温風循​​環システムの3つの部分で構成されます。 PHEVモデルにはエンジン冷却循環システムも搭載。バッテリー循環システムは主にバッテリーを加熱または冷却し、モーター循環システムは主に駆動モーターおよびCIDD（駆動モーターコントローラー）を冷却し、エアコンヒーターシステムは主に車室内を加熱または冷却します。関与する主な機能コンポーネントには、電子ウォーター ポンプ、三方ソレノイド バルブ、二方ソレノイド バルブ、PTC、熱交換器、気液分離器、ラジエーター、膨張ケトル、冷却パイプライン、およびさまざまな固定ブラケットが含まれます。電子ウォーターポンプを動力源とし、冷媒を媒体とし、ソレノイドバルブにより流れ方向を制御することにより、冷媒がラジエターと冷却体を通ってパイプラインに沿って流れ、熱交換により放熱・冷却することで、機能部品の作動温度を常に理想的な作動温度に維持し、性能を最大限に発揮します。純粋な電気自動車であろうとハイブリッド自動車であろうと、バッテリーの熱管理ループは他のシステムから独立しています。主な理由は、バッテリー パックの通常の動作温度範囲が他のシステムとは大きく異なるためです。バッテリーパックの動作温度は通常、35°C を超えることはできません。これに対し、駆動モーターは約55℃で動作することが多く、エンジンの動作温度範囲は約95℃であるため、各回路は独立して動作する必要があります。

2. 従来の自動車の熱管理との違い

従来の自動車の熱管理は、複雑な制御やコンポーネント システムを必要とせず、シンプルです。その目標は、エンジン温度が常に理想的な範囲内で動作することを保証し、余分な電力が消費されないように、エンジンによって生成される廃熱を利用して客室に必要な熱を提供することだけです。新エネルギー車と従来のエネルギー車のシステム構造には大きな違いがあります。車両全体へのシステムコンポーネントの配置と設置の要件も増加し、キャビンのスペース要件もより重要になっています。新エネルギー車にはさまざまな種類があり、それぞれに特徴があります。その他の特徴：純粋な電気自動車の場合、冷却水を循環させるための動力源としてエンジンがなく、エンジンからの廃熱が利用されません。ハイブリッド車の場合、その特殊な制御戦略により、機械が作動していないときに冷却剤を循環させるための電力を供給したり、車室内に必要な熱源をリアルタイムで供給したりすることができません。したがって、構造的に、新エネルギー車の熱管理システムは、冷却剤の循環に電力を供給する独立した電子ウォーターポンプを備えて設計されています。温風は通常電気加熱を使用します。冷却水を加熱するために、別個の電気加熱 PTC が設計されています。車内に熱を供給するために車内の温水タンクに再循環する方法が現在主流です。また、蒸発箱を通過した空気を直接加熱し、その熱をファンを通して車内に吹き込む方法もあります。この方法は車両の安全性に関わるものですが、現在ではほとんど使用されていません。

バッテリー熱管理システムの種類

バッテリーの熱管理方法が異なれば、部品番号、構造、レイアウトも異なります。さまざまなタイプの 車両開発コスト、車両重量、レイアウトスペースの要件に基づいて、主なテクニカルルートには以下の5種類があります。 熱管理システムが選択されます。

1. 直冷式

バッテリー直接冷却技術と呼ばれるこの自然冷却システムには、ストーム内に冷凍蒸発器が組み込まれており、パイプラインを介して空調システムに接続されています。バッテリーを冷却する必要がある場合、コンプレッサーが圧縮した冷媒を嵐の中の蒸発器に送り、バッテリーを取り除きます。内部の熱により冷却効果が得られます。このシステムには、コンパクトな構造、優れた冷却効果、部品点数が少ない（入口と出口の冷却パイプラインが 1 つだけ必要）、軽量という利点があります。ただし、このシステムの欠点は、氷点下の低温条件下ではバッテリーを加熱できないこと、冷凍プロセス中に生成される凝縮水が保護されないこと、冷媒の温度均一性の制御が難しいことです。冷凍システムは寿命が短く、信頼性も低いです。冷媒漏れが頻繁に発生します。液漏れ、冷凍能力不足などの故障。これは、比較的成熟度の低い最新のバッテリー冷却テクノロジーです。 BYDやTeslaなどの市販量産モデルに採用されている。今後の主要なテクニカルルートです。

2. ヒートシンク水冷式

ヒートシンク冷却回路は、不凍液を媒体とした独立したヒートシンク、電子ウォーターポンプ、ヒーターなどで構成されています。不凍液はラジエーターから出て、ヒーターを通過し、バッテリーに到達し、ヒートシンクに戻ります。このサイクルによりバッテリーが冷却および加熱されます。シンプルな構造で低コスト、年間を通じての低温環境下でも省エネという利点があります。ただし、このシステムの放熱効率は低下します。夏場の高温気候環境では水温が高くなり、高温環境での使用条件を満足できなくなります。

3. 直冷水冷式

このシステムは直接冷却と水冷を統合し、バッテリー クーラー チラー (熱交換器) を介して空調システムと水冷システムを橋渡しします。このシステムは、最初の 2 つの冷却方法の欠点を回避しており、現在最も一般的に使用されているバッテリー熱管理システムの 1 つです。このシステムには、最初の 2 つよりも多くのコンポーネントが含まれています。このシステムはより複雑で、詳細を配置するには比較的大きなスペースが必要です。コンプレッサーは動作中に大きな負荷がかかるため、車両全体のエネルギーを多く消費し、経済的になる可能性があります。さらに、空調システムの一部が故障すると、バッテリーの冷却ニーズを最大限に満たすことができなくなります。

4. 水冷ハイブリッドタイプ

このシステムは直冷水冷方式をベースにラジエター水冷方式を追加したものです。 2 つは並列回路に配置されます。さまざまな回路がソレノイドバルブを制御することにより、さまざまな条件下でバッテリーを冷却します。低温環境ではラジエター水冷システムのみが作動します。高温環境では直冷水冷方式に切り替えてご使用ください。過酷な作業条件下でも、2つのシステムが同時に動作し、バッテリーも最大の冷却能力を得ることができ、あらゆる使用環境をカバーします。この冷却システムは非常に複雑で、コストが高く、広い車両レイアウト スペースを必要とし、システム制御戦略が複雑で、安定性と信頼性に課題をもたらします。このシステムはほとんどのハイブリッドPHEVモデルにも採用されており、成熟した技術を備えています。

5.空冷式

車室内の冷却冷気をダクトを通じてバッテリーに直接導き、その冷気を利用してバッテリーを空冷するシステムです。このシステムの利点は、シンプルな構造、制御可能な冷気温度、およびシステムコストの低さです。ただし、直接冷却システムには欠点もあります。このシステムには加熱機能がなく、バッテリー表面に発生した結露水は乾きにくいです。バッテリー内部の腐食や汚染の恐れがあります。このタイプの熱管理方法は通常推奨されません。

要約すると、新エネルギー車の開発により、新エネルギー車が市場の主流となり、車両のコアコンポーネントはエンジンからバッテリーへと徐々に変化していきます。高速、低速、加速、減速などの車の複雑な運転条件により、バッテリーはさまざまな割合で放電し、大量の熱が蓄積されます。時間と空間の影響により、バッテリーの温度は徐々に上昇します。パワーバッテリーの冷却性能は、バッテリーの効率やパワーバッテリーの安全性、耐久性に直接影響します。バッテリー温度は、SOC、電圧抵抗、容量、充放電効率寿命などの多くの特性パラメーターに影響を与えます。したがって、温度が高すぎる場合はバッテリーを冷却し、温度が低すぎる場合はバッテリーを加熱することで、バッテリーの性能を確保し、耐用年数を延ばすことができます。新エネルギー車の普及に伴い、バッテリーの熱管理技術は今後も改善され、より成熟していきます。間もなく、既存の熱管理システムの欠点を改善し、克服する、より優れた他の熱管理システムが登場するでしょう。バッテリーの熱管理技術の開発により、バッテリーが常に優れた環境で動作できるようになり、ストームの耐用年数に大きく貢献します。これは最終的に、我が国の新エネルギー産業の継続的な発展を促進することになります。