電気自動車 (EV) の発売を見たり、航続距離の不安、バッテリーの劣化、または急速充電速度について EV 所有者と話したりしたことがあるなら、バッテリー温度が EV のパフォーマンスにとってどれほど重要であるかをすでにご存知でしょう。バッテリー熱管理システム (BTMS)これらはここでは縁の下の力持ちであり、リチウムイオン (Li-ion) バッテリーを最大限に活用することに関して言えば、ほとんどの EV の中核である直接液冷は、今日の市場で最も効率的で適応性のあるソリューションの 1 つとして際立っています。
専門用語を多用せずに、簡単に説明しましょう。 EV バッテリーは、加速中、巡航中、充電中、さらには暑い日に駐車場に座っているときなど、通常の動作中に熱を発生します。リチウムイオン電池の理想的な温度範囲は狭く、連続使用の場合は 25°C ～ 40°C (77°F ～ 104°F)、急速充電の場合はさらに厳しくなります (通常 10°C ～ 35°C)。寒すぎるとバッテリーの化学反応が遅くなり、極寒の天候では航続距離が大幅に短縮され、充電に 2 倍の時間がかかります。熱すぎるとバッテリーの劣化が 2 ～ 3 倍早くなり、熱暴走 (重大な安全上の危険) が発生する危険があり、供給電力が不安定になる可能性があります。
そこで熱管理の出番です。自動車メーカーは何年もの間、エントリーレベルの EV に空冷を使用してきました。空冷は安価でシンプルで、低出力のバッテリーにも適しています。しかし、EV (SUV やピックアップトラックを考えてください) が大型化し、より高速な充電が必要になり、より長い航続距離が必要になると、空冷は限界に達します。空気が持ち運べる熱量には限界があり、特に航続距離を伸ばすためにパックに多くのセルが詰め込まれている場合、空気が高密度のバッテリーパック内のすべてのセルに熱を届けるのは非効率的です。だからこそ液冷が普及し、液冷の中でも直接液冷が最新の高級EVや中級EVの主流となったのです。
それでは、直接液体冷却とは正確には何でしょうか?間接液冷 (バッテリー モジュールの外側に取り付けられた金属プレートまたはチューブを使用し、プレートとチラーの間で冷却剤が循環する) とは異なり、直接液冷では何かが異なります。つまり、バッテリー セル自体を誘電性 (非導電性) 液体に直接浸します。これが重要なポイントです。誘電性液体は電気を通さないため、セル内の電気部品には決して触れず、たとえセルのケーシングが損傷したとしても短絡の危険はありません。
その違いを具体的にしてみましょう。間接冷却は、熱をセル表面から金属プレート、次に冷却剤、そしてラジエーターに伝達することによって機能します。このプロセスにはいくつかの障壁があります。金属プレートにより重量が増加し、プレートとセルの間の隙間により熱抵抗が生じ（熱いストーブと鍋の間の断熱層のように）、隙間に空気が閉じ込められると熱伝達効率が低下する可能性があります。直接冷却すると、これらの中間層がすべて除去されます。液体はすべてのセルを取り囲み、セルの表面から直接熱を奪うため、熱伝達は空冷よりもはるかに直接的であり、冷却剤がプレートの後ろではなくセル表面に接するため、間接的な液体冷却プレートよりも優れています。
その効率性は、EV ドライバーと自動車メーカーにとって真の利益につながります。まず、熱応答の高速化です。急速充電中、バッテリーは急速に大量の熱を発生します。直接冷却することで熱をミリ秒単位で奪い、パックを理想的な温度範囲内に保つことができるため、充電が完了する前にバッテリーが冷えるまで 10 ～ 15 分待つ必要はありません。直接冷却を使用している一部の自動車メーカーは、10 ～ 80% の充電状態 (SoC) の急速充電を 1 回の停止で完了できますが、空冷パックは熱を放出する速度によって制限されます。
第二に、バッテリー寿命が長くなります。すべてのセルを均一な温度に保つことで、パック全体にホットスポットやコールドスポットがなく、直接冷却することで不均一な劣化を軽減します。間接冷却では、パック全体で 5 ～ 10°C の温度変動が生じることが多く、高温で動作するセルほど劣化が早くなります。直接冷却によりセル間の変動が数度に抑えられるため、最も温度の高いセルが劣化を主導するのではなく、すべてのセルが同様の速度で老化します。自動車メーカーにとって、これは保証請求が減り、EVのバッテリーを数年ごとに交換する必要がない顧客の満足度が高まることを意味します。
第三に、パック設計の柔軟性です。直接液体冷却は、円筒形、パウチ形、角形など、ほぼすべてのバッテリー セル形式で機能します。自動車メーカーがエネルギー密度を高めるために新しいセル設計を開発する際、これは大きなプラスとなります。液体がセルを浸すため、熱の蓄積を心配することなくセルをより高密度のパックに配置することができ、同じスペースでより多くのエネルギーを蓄えることができ、航続距離にとって大きなメリットとなります。たとえば、直接冷却を使用する 2024 年型中型 SUV は 1 回の充電で 350 マイルの航続距離を得ることができますが、同様の空冷モデルの航続距離は 280 マイルにとどまります。
現在、直接液体冷却は完璧ではないため、トレードオフを考慮することが重要です。まず、液体の選択が重要です。誘電性液体は、非導電性、熱効率が高く、バッテリー材料と適合性があり（セルのケーシングやシールとの腐食や化学反応がない）、極端な温度でも安定している必要があります。間違った液体を使用すると、漏れたり、セルが劣化したり、時間の経過とともに導電性を帯びたりする可能性があり、安全上の危険が生じます。第 2 に、システムは空冷よりも重く、より複雑です。シール、ポンプ、ホース、冷却ループが必要となるため、重量が増加し、空冷よりも初期費用が高くなります。低価格の EV にとって、その追加コストは障壁となる可能性がありますが、生産規模が拡大するにつれて価格は低下しており、生産規模が拡大するにつれてコストの差は縮小しています。
もう 1 つの重要な考慮事項はメンテナンスです。直接冷却システムでは、漏れ、液面、液の状態を定期的にチェックする必要がありますが、最新のシステムではシールされたループが使用されており、他の自動車用液と同様に 5 ～ 7 年ごとにメンテナンスが必要です。ドライバーにとっては間接冷却に比べて余分な手間がかからないことを意味しますが、自動車メーカーにとってはサービススケジュールを設計する際の重要な要素となります。
EV バッテリーの熱管理を監視している人なら、おそらく過去 5 年間で直接液体冷却への移行に気づいたことがあるでしょう。テスラの初期の EV は間接冷却を使用していましたが、モデル Y、サイバートラック、および新しい 4680 セル パックは、より高速な充電とより高いエネルギー密度をサポートするために直接冷却に切り替えられました。フォード マスタング マッハ E、フォルクスワーゲン ID.4、ヒュンダイ Ioniq 5 などの人気の EV もすべて、何らかの形式の直接液体冷却を使用しています。この変化は単なるトレンドではなく、より長い航続距離、より速い充電、そして車の寿命の間持続するバッテリーなど、ドライバーの要望に応えたものです。
当社では、電気自動車バッテリーシステムの熱管理10 年以上にわたり、直接液体冷却が私たちの仕事の中核です。当社は、各自動車メーカーの独自のパック設計と性能目標に合わせて調整された、すべての主要なセル形式で動作するカスタムの誘電性流体、冷却ループ、統合ソリューションを設計します。バッテリー熱システムのアップグレードを検討している自動車メーカー、車両オペレーター、エンジニアリング チームの場合、当社には航続距離、安全性、寿命の最適化を支援する専門知識があります。
EV の熱管理システムがどのように機能するかについて詳しく知りたい場合は、私たちのチームが基本を解説した専用ページを用意しています。電気自動車のバッテリーの熱管理。 EV バッテリーにおける熱管理の具体的な役割について詳しくは、「電気自動車バッテリー システムの熱管理」をご覧ください。 EV バッテリーのパフォーマンスに特化して設計されたシステムに焦点を当てている場合は、当社の詳細をご覧ください。EVバッテリー熱管理システムページ。バッテリーの熱テクノロジーの詳細については、「バッテリーの熱管理システム」を参照してください。また、熱システムがあらゆる種類の電気自動車とどのように統合されるかについては、「電気自動車の熱管理システム」を参照してください。
新しい EV パックを設計している場合でも、既存のシステムを最適化している場合でも、特定の熱問題の解決を検討している場合でも、当社はバッテリーを最大限に活用するために必要な専門知識とソリューションを提供できます。お客様の要件について話し合うには、今すぐ当社のチームに連絡して、直接液体冷却とそれが貴社の EV プロジェクトにどのようなメリットをもたらすかについて話し合いを始めてください。私たちは、世界中のドライバーのために、より安全で効率的で長距離の EV の構築をお手伝いできることを楽しみにしています。
