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バッテリーの熱管理 (BTM) バッテリーパックの温度を積極的または受動的に調節して、10°C〜45°Cの理想的な動作範囲内で維持することを伴います. より高度な技術的要件には、バッテリーパック内の各バッテリー間の温度差を5°C未満に制御することも含まれます。. そのコア関数には冷却が含まれます, 暖房, 温度バランス, さまざまな環境条件下でのバッテリーパックの安全で効率的な動作を確保する.

その中心的な目的はです:
1. 熱暴走を防ぎます: 鎖の発熱反応を引き起こす高温を避けてください (火災や爆発など);
2. バッテリーのパフォーマンスを最適化します: 低温でバッテリーパックを加熱して、排出容量を高め、高温で冷却して出力を維持する;
3. バッテリーの寿命を延長します: バッテリーの劣化を引き起こす温度変動を減らします (リチウムメッキやSEIフィルムの肥厚など).

パワーバッテリーは、電気自動車のエネルギー源です. 充電および排出中, バッテリー自体はかなりの量の熱を生成します, 温度の上昇につながります. 温度の上昇は、さまざまなバッテリー特性に影響を与える可能性があります, 内部抵抗など, 電圧, 電荷の状態 (SOC), 利用可能な容量, 充電/排出効率, およびバッテリーの寿命.

バッテリーの熱効果は、車両の安全にも影響します, パフォーマンス, バッテリーサイクルの寿命. 次のセクションでこれらのポイントについて詳しく説明します, 読み続けてください. したがって, バッテリーの熱管理は最も重要です.

1 温度制御の精度: バッテリーパック内の個々のセル間の温度差を最小化する, 最高温度差は5°C以下です.
2 温度範囲制御: 10〜45°Cの最適範囲内でバッテリーパック温度を維持します.
3 エネルギー効率比: BTMSの消費電力を最小化して、車両の範囲への影響を減らす.
4 熱暴走の抑制: BTMSは、温度モニタリングと迅速な冷却を通じて熱暴走を防ぎます, これが安全の中核です.

現在, EVバッテリーの熱管理に最も信頼性が高く実用的なソリューションは、液体冷却技術です. 例として液体冷却を使用して説明します.

1. 熱吸収 (バッテリー→クーラント)
バッテリーの充電と放電中に発生した熱は、熱伝導を介してバッテリーと接触して液体冷却プレートに伝達されます. クーラントは、液体冷却プレート内のマイクロチャネルを流れます, 対流熱交換による熱を吸収します, クーラント温度が上昇します.
2. 熱伝達 (クーラント→ラジエーター)
加熱されたクーラントは電気ウォーターポンプによって駆動され、パイプを介してラジエーターに輸送されます. ラジエーターは、強制空気冷却を通じて環境に熱を放散します, クーラント温度が低下します.
3. 循環
冷却されたクーラントは、液体冷却プレートに戻ります, 閉ループ循環を形成します.

要約すれば, その動作原理は、熱伝導と対流熱伝達の物理的メカニズムに基づいています, 吸収を達成します, 移行, 閉ループクーラントシステムを介したバッテリー熱の消散.

さまざまな種類のBTMがあります, また、さまざまな企業にはさまざまなデザインがあります. したがって, 以下は重要なコンポーネントのみです:
1 熱伝達培地: 空気, クーラント, 位相変更材料, 等.
2 熱交換コンポーネント: ラジエーター, 液体冷却プレート, ヒートパイプ, 等.
3 ドライブユニット: 電気ウォーターポンプ, ファン, 電磁バイブレーター, 等.
4 センシングとコントロール: 温度センサー (監視セル/モジュールの温度), BMSコントロールユニット (温度フィードバックに基づいて、流量/ファン速度を調節します)
5 アクセサリコンポーネント: PTCヒーター, 断熱材, 熱界面材料, 等.

一般的に, 主なタイプが2つあります: アクティブ冷却とパッシブ冷却. 主な違いは、エネルギー消費が発生するかどうかです. エネルギー消費が発生した場合, アクティブ冷却です; エネルギー消費がゼロの場合, 受動的な冷却です.

アクティブ冷却システムには、次のものが含まれています:

1. 空冷冷却システム

このシステムは主に空気対流の原理を利用して、バッテリーコンパートメント内の空気を循環させます. 循環空気は、バッテリーから熱を運びます, それにより、温度を下げます. 同時に, 空気は、蒸発器内でさらなる熱交換を受けます, 冷媒が蒸発して循環空気の温度を下げる場所: 単純なシステム構造, 低コスト, そして簡単にメンテナンスします.
短所: 高温散逸性能が低い, 低温のスタートアップ効率が低い, バッテリー間の不均一な安定性.

2. 冷媒直接冷却システム

このシステムは主に冷媒の蒸発原理の潜熱を利用しています. バッテリーシステム内にエアコンシステムが確立されています, バッテリーシステム内に冷却プレートが設置されています. 冷媒は冷却プレート内で蒸発します, バッテリーシステムから熱を迅速かつ効率的に除去して冷却を実現する.

利点: 単純な構造, 理論的には均一な温度分布, そして、良好な冷却性能;
短所: 現在, 技術はまだ成熟していません, そして、商業化は短期的にはありそうもない.

3. 統合: 共有水冷冷却システム

プレート熱交換器が追加され、エアコンシステムに結合されます. バッテリーは冷却プレートを通してクーラントと熱を交換します. 冷却または加熱クーラントがプレート熱交換器に送り込まれます, 冷媒が片側に流れ、クーラントがもう一方の側に流れます. 熱は冷媒によって除去されます, クーラントはプレート熱交換器から流れ、バッテリーに戻ります, サイクルを完了します.

利点: コンパクト構造, 統合されたバッテリー暖房コンポーネント, 高温低いスタートアップ効率, 優れた高温冷却, 均一な温度分布.
短所: 複数のシステムコンポーネントと複雑な制御戦略.

4 独立したバッテリー液体冷却システム

バッテリーが冷却する必要があるとき, 冷却プレートを通してクーラントと熱を交換します. 加熱されたクーラントは、電子ウォーターポンプによってプレート熱交換器に送り込まれます. プレート熱交換器の内側, 冷媒は片側に流れ、クーラントはもう片方に流れます, 熱が交換される場所. 熱は冷媒によって除去されます, クーラントはプレート熱交換器から流れ出し、バッテリーに戻ります, サイクルを完了します.
バッテリーが暖房が必要なとき, 冷却回路が閉じられ、PTC液体ヒーターが作動します. 加熱されたクーラントがバッテリーに供給されます, 冷却プレートを通してバッテリーを加熱する場所. 内部バッテリー温度は、冷却回路とPTC液体ヒーターを制御することにより制御されます.

利点: コンパクト構造, 統合されたバッテリー暖房コンポーネント, 高い温度が高い開始効率, 優れた高温冷却, 均一な温度分布.
短所: 複数のシステムコンポーネントと複雑な制御戦略.

独立したバッテリー液体冷却システムはコンプレッサーで構成されています, コンデンサー, 膨張弁, プレート式熱交換器, 電子ウォーターポンプ, PTC液体ヒーター, 膨張タンク, そして電気制御.

受動的な冷却システムには、以下が含まれます:

1. 位相変更材料バッテリーの熱管理 (PCM-BTM)

このシステムは、相変化材料の潜熱特性を利用しています (PCMS), 固形液相転移を介して熱を吸収または放出します. 材料の物理的特性を介して熱を伝達します, アクティブ冷却システムのエネルギー消費を排除します.

利点: エネルギー消費はありません, 一貫した温度.
短所: 重量, 短い寿命.

2. ヒートパイプ技術

熱パイプ技術は、熱伝達のために液体の位相変化を利用する非常に効率的な熱伝導性要素です. チューブシェルで構成されています, 芯, エンドキャップ. マイナス圧がチューブ内に作られ、低ボートポイント液体で満たされています. 一方の端が加熱されているとき, 液体が蒸発して蒸発します. 蒸気はコールドエンドに流れます, 凝縮と熱の放出. 凝縮された液体は、毛細血管作用を通じて蒸発端に戻ります, サイクルを形成します.

利点: エネルギー消費はありません, 均一な温度.
短所: 高コストと複雑なデザイン. 主に宇宙船の機器で使用されています.

BTMS: 温度制御に焦点を当て、BMSの実行サブシステムです.
BMS: 4つの主要な機能をカバーします: ステータス監視, 電気制御 (すなわち, 充電と排出ロジック), 熱制御 (すなわち, BTMS), 安全保護 (断熱材の検出).要約すれば, 2つのシステムは、缶バスを介してデータとコマンドを交換することにより、電気自動車の熱制御を管理するために協力しています. BTMSはBMSのコアサブシステムです, 熱安全境界制御を担当します. BMSとBTMSなし, バッテリーの誤動作のリスクは大幅に増加します.

エチレングリコール水溶液, フッ素化液, 脱イオン水, 鉱油, ナノ流体, 等.

充電と排出中の熱の発生は、避けられない物理的および化学的現象です. これは、変換プロセス中のエネルギー損失と内部材料の特性によるものです.
1 ジュールヒート - 電流がバッテリー内の抵抗成分を流れるとき, 電気エネルギーは熱エネルギーに変換されます, ジュールの法律に従って: qj =i²rt.
2 反応熱 - リチウムイオンが電極に挿入または除去されたときに発生するエントロピー変化熱は発生します.
3 偏光熱 - 電極表面での電荷移動の閉塞によって引き起こされる追加のエネルギー消費により発生した熱.

バッテリー内の局所的な過熱は、発熱反応の連鎖反応を引き起こします. 温度は急速に上昇します 800 度, 圧力緩和バルブの排出と火が伴います.

温度の上昇は、バッテリーの使用可能な容量とサイクル寿命の両方に影響します.

サイクルライフ:
2つのグラフからわかるように, 温度はバッテリー寿命に大きな影響を与えます. 同じバッテリーセルの場合, 23°Cの周囲温度で, その後の残りの容量 6,238 日はです 80%. バッテリーが周囲温度55°Cにさらされている場合, 残りの容量に到達します 80% 後だけ 272 日々. 32°Cの温度上昇はaになります 95% 細胞寿命の減少. グラフに示されているように, 温度が高いほど, バッテリー寿命の劣化がより深刻なほど.

利用可能な容量:
2つのグラフに示されているように, 温度は、バッテリーの利用可能な容量にも大きく影響します. 同じセルタイプの場合, 残りの容量がある場合 90%, 25°Cでの出力容量はです 300 kwh, 35°Cで, 出力容量はのみです 163 kwh. 温度が10°C増加すると、 45% セルの使用可能な容量の減少.
まとめ:
低温時 (<0℃), バッテリー容量は30％〜50％低下します. これは、電解質の粘度の増加とリチウムイオンの移動度の低下によるものです. 高温時 (>45℃), サイクルライフが加速し、熱暴走のリスクが高まります. これは、SEIフィルムの継続的な肥厚と活性リチウムの喪失によるものです. さらなる分解は、熱暴走につながる可能性があります.
温度の差 (>5℃), バッテリーパックの有効容量は減少します 10% に 30%. これは、バッテリーの内部抵抗が一貫性がないためです, 電気化学的一貫性の破壊.

現在, 液体冷却技術は、電気自動車で使用される主流のバッテリー冷却方法です. 熱散逸効率のバランスを効果的にバランスさせます, 温度の均一性, コスト. 材料革新のブレークスルーを備えています (ナノ流体など) およびシステム統合 (ヒートポンプの直接冷却など), バッテリーの熱管理システムは、低エネルギー消費に向けて進化しています, 軽量デザイン, およびインテリジェントな機能. 予測は、すべての固体のあるバッテリーの商業化がによることを示唆しています 2027 接触ベースの位相チェンジ冷却を駆動して、主流になります. しかし, これらは単なる予測です, そして、世界中の技術開発の急速なペースを考えると, 自分のrを強化することによってのみ&d機能は、時代と歩調を合わせることができます.
TKTは年に設立されました。 1998, BTMSの研究と製造が始まりました 2014. カスタマイズされた開発プロジェクトで、BYDやTata Motorsなどの世界的に有名な自動車メーカーとすでに協力しています. バッテリーの熱管理に興味がある場合, 相談のためにメッセージを残してください.