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パワーバッテリーパック-液体コールドプレートの概要分析

2019-05-05

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概要:


従来のエネルギー源の不足とますます顕著になる環境問題により、従来の車両に取って代わることができる新エネルギー車の開発がますます注目を集めています。新エネルギー車のコアコンポーネントとしてのバッテリーパックは、安全性の問題の重要性から明らかです。バッテリーパックの内部温度はその安全性に直接影響し、それが車両全体の安全性に影響を及ぼします。電池パックの安全性を高めるためには、内部構造物の温度を制御する必要がありますので、構造物全体の放熱性能を高めることが非常に重要です。水冷プレートの使用は、バッテリーパックの安全性を確保し、耐用年数を向上させるために重要なアプリケーションの重要性を持っています。


キーワード:


液体冷却プレート;バッテリーパック;熱放散;冷却;


1.背景紹介


電気自動車の主要なエネルギー貯蔵コンポーネントであるバッテリーモジュールは、電気自動車の主要コンポーネントであり、電気自動車の性能に直接影響します。バッテリーモジュールの使用中、内部電気コアには一定の内部抵抗があるため、通常の動作中に一定量の熱が発生し、モジュールの内部温度が上昇します。バッテリーセルの通常の動作温度範囲は15〜35℃ですが、60℃を超えると安全上の問題が発生します。特に高温環境で使用する場合、または高温環境で使用する場合、熱の発生と急速な蓄積によりバッテリーの内部温度が必然的に上昇します。大電流で充電・放電する場合、電池内部で激しい化学反応を起こし、発熱する場合があります。熱が放散するには遅すぎてバッテリー内に急速に蓄積すると、バッテリーが漏れたり、ガスが放出されたり、煙が出たりすることがあります。ひどい場合には、バッテリーが激しく燃えたり、爆発したりすることがあります。この危険性を排除するためには、電池モジュールから熱を放散し、電池セルが長時間高温状態になるのを防ぎ、電池セルの性能に影響を与え、寿命を縮める必要があります。バッテリーセルの。


第二に、熱放散および冷却システムの分類


現在、電気自動車は空冷、液冷、ヒートパイプを使用して熱を放散しています。


ヒートパイプ技術は、バッテリーパックの高温熱放散と低温予熱の二重の動作条件に対応でき、温度変化に敏感で温度均一性に優れています。バッテリーパックの冷却システムとして開発されました。ある程度はありますが、レイアウトや容量に制限があります。新エネルギーパワーバッテリーシステムでは、さまざまな放熱方法が採用されています。現在、一般的な適用方法は空冷と液冷です。


空冷は冷却ファンを使用してラジエーターに吸収された熱を取り除きます。価格は比較的安く、設置方法は簡単で便利ですが、環境や温度上昇やオーバークロックなどの要因の影響を大きく受けます。熱放散性能はより大きく影響を受けます。空冷と比較して、液体冷却はより高価ですが、静粛性、安定した冷却、および環境への依存が少ないという利点があります。


既存の電気自動車のパワーバッテリー冷却方法の観点から、空冷は常に主要な位置を占めており、特に日本の電気自動車は基本的に空冷技術を使用しています。アプリケーション環境ではバッテリーに対する要件がますます高まっているため、液体冷却も自動車会社の優先ソリューションになっています。私の国の主流の電気乗用車会社も液体冷却システムに切り替え始めています。中長期的な傾向の観点から、液体冷却が主流になります。現在のアプリケーション形式では、通常、液冷プレートはバッテリーモジュールに取り付けられ、液は液冷プレートに注入されてセルから熱を放散します。液冷プレートの実際の動作温度は10〜20℃であり、循環液を使用し、冷媒が熱を奪い、バッテリーを冷却して放熱を実現します。


第三に、液体冷却板の構造と作用原理


バッテリーモジュールには、液体コールドプレートに関する特定の要件があります。 1つは、モジュールから発生する熱をすばやく取り除き、温度の急激な上昇を防ぐことができる高い熱放散力です。2つ目は、高い信頼性です。車両は道路を歩いており、バッテリーパックは動作状態にあります。さまざまな環境や振動でテストする必要があります。、衝撃、高温および低温、その他の過酷な作業環境では、パワーバッテリーパックの動作電圧は数百ボルトであることが多く、冷却剤の漏れは非常に深刻な問題になります。絶縁性能の良いクーラントを使用しても異物が発生し、ドープ後すぐに絶縁性能が低下し、安全上のリスクが発生します。そのため、液冷板のシールの信頼性は非常に重要です。熱放散設計は、システムの過度の温度差とバッテリーの動作温度を回避するために正確である必要があります。バッテリーのパフォーマンスと経年劣化は非常に重要な影響を及ぼします。最後は重量要件です。バッテリーパックは現在、軽量に重点を置いています。 、パック内のすべてのコンポーネントが軽量である必要があります。液冷プレートの重量が大きすぎると、バッテリーモジュールのエネルギー密度に直接影響し、許容できません。


上記の問題を考慮して、液冷プレートの設計プロセスでは、アルミニウム基板は一般に銅パイプを埋めるために使用されます。つまり、アルミニウム基板はコンピューター数値制御技術で機械加工およびフライス加工され、次に曲がった銅管は打ち抜き機でアルミ基板に押し付け、ろう付けを行います。この設計は、一方ではアルミニウムの軽量化が軽量化とコスト管理に貢献し、他方では銅管の高い熱伝導率も十分に活用されています。最後に、対応する液体冷媒、通常は水または水と有機アルコールの混合物(アルコールは低温での水の凍結を防ぐことができます)を注入するために2つの入口と出口が設定され、ウォーターポンプが液体の循環を制御します。物理学では、水の熱伝導率と比熱容量が空気よりもはるかに大きく、熱伝導速度が速く、温度上昇が遅いため、水またはその有機アルコールとの混合物が液体冷却剤として使用されます。一種の比較。理想的な熱放散媒体。電池パックは、環境によっては低温環境になると水が凍りやすく、熱放散に非常に悪いため、この問題を解決するために、水と有機アルコールの混合比が一般的に使用されます。冷媒として、そして結果は非常に良いです。検証。


液体冷却プレートの動作原理は、バッテリー動作によって生成された過剰な熱が、板状のアルミニウムデバイスの表面との接触によって伝達されることです。液体冷却システムは、液体の流れの大きな熱伝達係数の特性を使用します。液体の流れによって高熱を伝達し、最後にデバイスの内部流路を通過する冷却剤によって奪われます。


一般的な液体コールドプレートの構造を図1に示します。



第四に、液体コールドプレートの適用


いくつかの典型的な電気自動車の用途では、水冷プレートは、さまざまな冷却範囲に応じて、モジュールレベルとバッテリーレベルの水冷プレートに分けることができます。 構造を図2に示します。



モジュールレベルの液体冷却プレートは、バッテリーパック内のモジュールとして使用されます。通常、バッテリーモジュールの下に配置され、熱放散のためにバッテリーに直接接触します。各自動車メーカーの設計は大きく異なります。設計構造のほとんどはバッテリーモジュール(液体コールドプレート)です。メーカーもいくつかあります。熱放散の問題をより適切に解決するために、バッテリーとモジュールの並列構造が使用されます。以下は、バッテリーモジュール-液体コールドプレート-バッテリーモジュール-液体コールドプレート(Audi Q7 PHEVなど)です。


バッテリーレベルの液冷プレートは、バッテリー間に水冷プレートを挟み、バッテリーモジュールの一部となり、より良い熱放散を実現できます。さまざまなタイプのデザインはメーカーごとに異なります。


現在の申請書によると、バッテリーパックでは、一般的な正方形および円筒形のバッテリーの液体冷却システムは、ほとんどがモジュールレベルであり、通常、バッテリーボックスの下部に配置されます。ソフトパックバッテリーは、セルレベル。




5、液体コールドプレートの適用で遭遇する問題と解決策


水冷プレートは、使用中に問題が発生する可能性があります。一方で、バッテリーパックをテストするときに、シェルシールとして通気性のある発泡シリカゲルを使用していることに気付いたお客様もいます。湿気の多い環境で長期間使用した後、バッテリーパックが大きくなり、液冷板上面と下面の温度差が大きくなります。この2つの影響により、電池パック内の水蒸気が液冷板下の液体水に凝縮し、危険な要因となります。一方、液冷板はバッテリーパックに直接接触しているため、液冷板は長期の耐荷重状態にあり、金属構造であるため、特定の物理的変形、中間位置での特定の崩壊、およびバッテリーモジュールとの接触界面のギャップ。これは熱伝達を助長しません。


上記の2つの問題を考慮して、現在の解決策は次のとおりです。一方では、接着剤またはシーリングリングを使用してバッテリーパックのシェルを密閉し、外気が入らないようにします。他方では、スプリングまたはの底部の間に結露を使用します。トレーと水冷プレート水冷プレートの沈み込みを防ぐためのサポートとして、プロピレンフォーム材料(EPP)などの弾性材料を使用しています。全体の設計構造を図3に示します。



6、まとめ


現在、新エネルギー車のパワーバッテリーに対する要件はますます高まっています。この要件は、システムのエネルギー密度やシステムの電力密度だけでなく、バッテリーパックのあらゆる側面にも反映されています。 要件の増加は、バッテリーの総発熱量も増加していることも意味し、バッテリーによってもたらされる安全性の問題は無視できません。 従来の空冷技術は高度に統合されたバッテリーの需要を満たすことができず、液冷ソリューションが徐々に主流になりました。 水冷プレートの効果的な熱放散は、バッテリーパックの熱管理の安全性を保証し、バッテリーの熱が効果的に伝導されるようにし、より広いアプリケーションの見通しと商用が存在すると考えられています新エネルギー車の価値。


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