バッテリーの熱管理の比較: 円筒セル、パウチセル、角柱セル

新エネルギー車の航続距離と充電効率に対する要求が高まり続ける中、バッテリーの熱管理システムはバッテリーパックの性能と安全性を決定する重要な要素となっています。パッケージ形式に固有の構造の違いにより、熱管理戦略はセルの種類ごとに異なります。

バッテリーの熱管理には、基本的にバッテリー パック内の熱プロセスの正確な制御が含まれます。その中心的な目的には、バッテリーを最適な動作温度範囲内に維持すること、局所的な過熱を防止すること、熱暴走のリスクを軽減すること、高温冷却と低温加熱の必要性のバランスを取ること、セル間の温度差を最小限に抑えて一貫性を高めることが含まれます。-

エイシーBMS試験装置バッテリー温度検知、過熱保護、セルバランス機能が適切に機能していることを検証します。{0}}

パック内の熱プロセスは 4 つの主要なコンポーネントで構成されます。1 つはバッテリーの内部化学反応によって生成される電気化学的熱で、これはバッテリーの設計に直接関係します。 2 つ目は、導体を流れる電流によって発生するオーム熱で、電気回路設計によって決まります。第三に、セルとパックコンポーネント間の熱伝導。構造設計と熱管理戦略によって決まります。 4 つ目は、システムの主要な熱放散経路として機能する、流体 (液体または空冷) を伴う対流熱伝達です。

現在主流の熱管理ソリューションは、直接冷却システム (BMW i3/X5 など)、液体冷却システム (テスラ、アウディなど)、空冷システム (日産リーフ、プリウスなど)、相変化材料 (PCM) 冷却システムの 4 つのカテゴリに分類されます。

パッケージ構造の違いにより、3 つのセル タイプは基本的なパラメータと熱管理ロジックが異なります。

1. 円筒形セルの熱管理
円筒形セルを使用するモジュールは通常、双方向の液体冷却フロー設計を採用しています。この構成では、冷却チャネルの両端が入口と出口として機能し、チャネルの端での冷却が不十分になることを防ぎます。-この構成でなければ、システム内を流れる冷却剤の温度上昇によって発生する可能性のある問題が発生します。バッテリー セルと冷却パイプの間の隙間を埋めるために、Stycast 2850/CT-電気絶縁性でありながら熱伝導性が高い-などの材料が使用されています。これにより、3 つの主要な利点が実現します。まず、セルとパイプ間の接触が線接触から面接触に変わり、熱伝達効率が大幅に向上します。第二に、セル間の熱交換を促進し、個々のユニット間の温度均一性を受動的に改善します。 3 番目に、バッテリー パック全体の熱質量が増加するため、平均温度上昇の大きさが減少します。

2. 角形セルの熱管理
角形セル モジュールには通常、32 個の VDA- 標準セルが収容されます。 4 つのセルごとに 1 つの摩擦-撹拌溶接-されたコールド プレートを共有します。これらのコールド プレートは配管を介して並列に接続されており、システム全体の温度均一性を確保します。-熱伝達経路は、セル → サーマル インターフェイス マテリアル (TIM) → ベース/サイド プレート → コールド プレートです。この構成は構造の安定性を提供し、商用車を含むさまざまなシナリオのアプリケーション要件を満たします。

3. パウチセルの熱管理
パウチセルは通常、プラスチックと 0.35 mm のアルミニウム板で作られた複合ハウジングに接着されています。アルミニウムは熱をモジュールの端に伝達し、プラスチックコンポーネントは電気絶縁と構造的インターロックを提供します。主要なモジュール コンポーネントには、エンド プレート、カバー プレート、バスバー、放熱プレート、バッファ パッド、NTC センサーが含まれます。熱管理に関しては、機械加工された流路を備えた厚さ 1 mm の-液体冷却プレート-が個々のセルの間に配置されています。-これにより、すべてのセルと冷却プレートが直接接触します。熱は TIM を通って放熱プレートに伝導され、次に放熱のために冷却プレートに伝わります。このソリューションは、有効な放熱面積の比率が最も高くなります。

3 つのソリューション間の主な類似点と相違点
類似点: これら 3 つはいずれも、冷却チャネルを追加することで放熱効率を高め、高熱伝導媒体を使用して熱伝達率を高め、温度制御にアクティブ冷却方式を採用しています。
違い:

さらに、冷却媒体の選択、冷却プレートのレイアウト、最終的な放熱性能に関しても大きな違いがあります。