バッテリー熱管理システムの 4 つの主要な冷却技術

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。したがって、パワーバッテリーの熱管理技術の研究は、バッテリーメーカーと自動車会社の両方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冷によるもので、アクティブ冷却とパッシブ冷却の 2 種類に分けられます。能動的放熱と受動的放熱はどちらも空気を利用して熱を運び去ります。受動的な放熱は比較的単純で、主に吸気口、換気ルート、排気口で構成されます。車両が走行すると、空気とバッテリーの接触によって熱が奪われます。
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すると、発熱が増加し、その影響は無視できます。たとえば、充電する場合、走行せずに車両の熱をどのように放散できるでしょうか。したがって、積極的な放熱により空気の流れが促進され、空気を吸い込むファンやその他のデバイスを追加することで放熱が向上します。

液体冷却技術は空気よりも優れた放熱効果があり、バッテリー内部または表面に配置された冷却パイプを通じてパワーバッテリーと熱交換を行い、より効率的な放熱を実現します。液体冷却の熱放散は、冷却剤パイプまたは冷却プレート (冷却剤が内部にある) をパワーバッテリーの内側に直接配置し、関連するコンポーネントを使用して冷却剤を流​​してバッテリーの内部熱を奪うことによって実現されます。液冷放熱の鍵は、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、冷却液パイプラインの設計、敷設、流れ方向にあります。適切な還流経路を形成し、均一な熱放散を達成することによってのみ、バッテリーの健全性に影響を与える一部の温度が低すぎたり、他の温度が高すぎたりすることなく、パワーバッテリー全体の熱放散を均一な温度レベルに維持することができます。

近年、受動的な放熱方法である相変化材料による放熱技術が台頭してきました。相変化材料は、相変化中に大量の熱を吸収または放出し、一定の温度を維持して周囲の温度を制御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間違いなく水です。温度が 0 ℃まで下がると、水は液体から固体に変化します (凍結して熱を放出します)。温度が 0 ℃を超えると、水は固体から液体に変化します (溶解熱の吸収)。

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 電源に接続すると、熱電冷凍装置の一端の熱が吸収されて温度が低下し、同時に他端の温度が上昇します。さらに、電流の方向を変えると熱が反対方向に伝わる可能性があるため、この現象は完全に可逆的です。

最も古典的な技術である空冷技術は、パワーバッテリーの冷却ニーズを満たすことができなくなり、液体冷却技術に置き換えられました。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と、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、新たに登場した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両方とも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せず、将来の技術トレンドでは、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ります。