バッテリーの熱管理
液体コールドプレートがEVバッテリーの冷却に不可欠な理由
リチウム-イオン電池は、エネルギーの保存と使用の方法を変えました。電気自動車やエネルギー貯蔵システムから産業機器や急速充電アプリケーションに至るまで、バッテリーは現在、より高い電力、より長い動作時間、より速い充電速度を提供することが期待されています。-
ただし、エネルギー密度が高くなると、熱という重大な工学的課題が生じます。
すべてのバッテリー パックは動作中に熱を発生します。充電すると熱が発生します。放電すると熱が発生します。高電力アプリケーション、特に高速充電や大電流放電では、発熱がさらに増加する可能性があります。
課題は、単にバッテリー パックから熱を除去することではありません。本当の課題は、セル間の温度差を最小限に抑えながら、すべてのバッテリー セルを安定した温度範囲内に維持することです。
ここがバッテリーの熱管理が不可欠になります。
効果的な熱管理システムは、バッテリーの性能を向上させ、耐用年数を延長し、充電効率を維持し、安全上のリスクを軽減します。現代向けEV用バッテリーエネルギー貯蔵システム、アルミニウム製液体冷却プレートによる液体冷却最も信頼できるソリューションの 1 つになりました。
バッテリーの熱管理が重要な理由
リチウム-イオン電池は温度に非常に敏感です。
ほとんどのリチウムイオン電池は、通常 15 度から 35 度程度の比較的狭い温度範囲内で最も効率的に動作します。バッテリー温度がこの範囲を超えると、電気化学的性能が低下し始めます。
バッテリー熱管理システム (BTMS) は、バッテリー パック全体の発熱、熱除去、温度分布を制御するように設計されています。
適切に設計された熱管理システムでは、次の 3 つの主な目標を達成する必要があります。{0}
***セルを最適な動作温度範囲内に維持してください
***個々のセル間の温度差を減らす
***高電力動作中の過熱を防ぐ-
これは、バッテリ システムがより強力になるにつれて特に重要になります。
たとえば、電気自動車のバッテリー パックには、数百または数千の個別のセルが含まれる場合があります。一部のセルが他のセルよりも著しく高温で動作すると、バッテリー パック全体が不均一な経年劣化を起こす可能性があります。
通常、最もホットなセルがパックの全体的な制限を決定します。
言い換えれば、バッテリーパックの強度は、その最も弱い熱点と同じになります。
バッテリーが熱くなりすぎるとどうなりますか?
熱は、リチウムイオン電池の性能と寿命に影響を与える最大の要因の 1 つです。{0}}
バッテリー温度が過度に上昇すると、いくつかの問題が発生する可能性があります。
1. バッテリーの劣化が早い
高温になると、リチウムイオン電池内部での望ましくない化学反応が促進されます。{0}}
時間の経過とともに、これは次のような事態につながる可能性があります。
>>>バッテリー容量の減少
>>>内部抵抗の増加
>>>サイクル寿命が短い
>>>充電効率の低下
高温で継続的に動作するバッテリーは、制御された熱条件下で維持されるバッテリーと比較して、はるかに早く性能が低下する可能性があります。
2. 安全性リスクの増加
極度の過熱により、リチウムイオン電池内に危険な状態が生じる可能性があります。{0}}
内部温度が安全限界を超えて上昇すると、バッテリーの材料が不安定になる可能性があります。深刻な状況では、これが熱暴走を引き起こす可能性があり、熱の発生が自己持続的になり、あるセルから別のセルに広がります。-
このため、過度の熱蓄積を防ぐことが EV およびエネルギー貯蔵電池の設計における基本的な要件となります。
3. 充電性能の低下
急速充電はバッテリーに重大な熱ストレスを与えます。
高電流充電中、リチウム イオンは電極間を急速に移動します。-熱を効果的に除去できない場合は、バッテリーの状態を保護するために充電速度を下げる必要がある場合があります。
これにより、直接的な競合が発生します。
顧客はより高速な充電を望んでいます。
バッテリーエンジニアは、より優れた熱制御を必要としています。
効率的な熱管理により、安定したセル温度を維持しながら熱を迅速に除去することで、この課題を解決できます。
温度均一性が同じくらい重要な理由
多くの人は、バッテリーの冷却とは単に温度を下げることだけだと考えています。
ただし、温度の均一性も同様に重要です。
バッテリー パックには、相互に接続された数百のセルが含まれる場合があります。パックのある領域が別の領域よりも高温で動作すると、それらのセルの経年変化は異なります。
例えば：
セルが高温になると劣化が早くなります
冷却されたセルはより優れたパフォーマンスを維持します
全体的なバッテリー管理システムは、最も弱いセルに基づいて動作を制限する必要があります
したがって、バッテリーの熱管理の目標は次のような単純なものではありません。
「バッテリーを冷やしてください。」
本当の目標は次のとおりです。
「すべてのセルを同様の最適な温度で動作させ続けます。」
これが理由の 1 つです液体冷却システム最新のバッテリーパックではますます一般的になってきています。
バッテリーパックの空冷と液冷
初期の電気自動車や低電力バッテリー システムでは、シンプル、軽量、安価であるため、空冷がよく使用されていました。{0}
しかし、バッテリーのエネルギー密度と充電速度が増加するにつれて、従来の空冷には限界が見え始めました。
空冷の限界
空気は液体冷却剤に比べて熱伝導率が比較的低くなります。
ファンや空気流路を備えていても、高密度に配置されたバッテリー モジュールから大量の熱を除去することは困難になります。
一般的な課題には次のようなものがあります。
セル間の冷却が不均一
冷却能力が限られている
より大きなスペースが必要
ファンからの騒音が大きくなる
急速充電のサポートが難しい
低電力アプリケーションの場合は、空冷が依然として適している場合があります。-
しかし、のために高性能 EV バッテリー-およびエネルギー貯蔵システムでは、より強力な冷却能力が必要です。
液体冷却が好ましいソリューションとなった理由
液体冷却冷却剤（通常は水{0}}混合物）を使用してバッテリーセルから熱を奪います。
空気と比較して、液体冷却剤には次のような特徴があります。
***高い熱容量
***より優れた熱伝導性
***より効率的な熱伝達能力
A バッテリーパック用液冷プレートバッテリーモジュールの下または横に設置すると、直接熱伝達経路が提供されます。
バッテリーセル
↓
サーマルインターフェースマテリアル（TIM）
↓
↓
クーラントチャンネル
↓
外部冷却システム
この設計により、バッテリー パック全体でより良い温度均一性を維持しながら、熱をより効率的に除去できます。
最新の EV バッテリー、エネルギー貯蔵システム、高出力アプリケーションの場合、{0}}液体冷却熱管理アプローチとして推奨されるようになりました。
