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電気自動車のバッテリー安全確保:熱管理の重要性
電気自動車のバッテリー安全確保:熱管理の重要性
電気自動車(EV)において、バッテリーおよびバッテリーモジュールの安全確保は極めて重要であり、乗員の生命や財産を守る上で不可欠です。バッテリーモジュールの設計・製造は、熱管理を中心に安全性を重視しています。安全基準テストをクリアしたバッテリーモジュールでも、複数のセルを直列接続すると放熱面積が減少し、リスクが高まる可能性があります。不適切な使用や予期せぬ状況下では、内部で熱暴走(thermal runaway)が発生し、大きな安全上の問題となる可能性があります。そのため、リスクを制御(Failsafe)し、バッテリーモジュールを許容範囲内で動作させ、全面的な損傷を防ぐことが重要です。
バッテリーの熱エネルギーと熱管理の課題
リチウムイオンバッテリーの熱エネルギーの発生
リチウムイオンバッテリーの熱状態は、運転中に電流がバッテリーインピーダンスおよび電子インピーダンスを通過する際の電力消費によって発生します。このプロセスが熱を生成し、温度が上昇します。
18650リチウムイオンバッテリーをオープン環境で放電した実験では、以下の重要な現象が観察されました:
- Cレートの増加による温度上昇:Cレートが上昇するにつれてバッテリー温度が急速に上昇します。ただし、平均作動電圧範囲内では温度上昇は緩やかです。
- 容量低下時の熱暴走リスク:バッテリー容量が約1.5 Ahに低下すると、電圧が低下し、温度が急激に上昇し、熱暴走のリスクが高まります。
バッテリーモジュールの放熱課題
複数のセルを直列および並列で接続して構成されるバッテリーモジュールでは、以下の放熱課題があります:
- 不均一な放熱:モジュール内部のバッテリーは放熱が制限されているため、外部バッテリーより温度が高くなり、熱分布が不均一になります。
- 寿命への影響:高温のバッテリーは低温のバッテリーよりも劣化速度が速いため、温度の均一性を維持し、最高温度を制御することが重要です。
バッテリー安全性を最適化するための重要な対策
バッテリーモジュールの性能と安全性を向上させるために、以下の対策を講じる必要があります:
- 温度差の制御:モジュール内の温度差を5℃以内に抑え、熱分布の均一性を確保します。
- 最高温度の調整:バッテリーの最高温度を制御する仕組みを導入し、安全性を向上させ、寿命を延ばします。
- 熱管理ソリューション:高度な材料や設計を活用して放熱を最適化し、EVアプリケーションの安全性を向上させます。
結論
効果的な熱管理は、電気自動車バッテリーの安全性を確保する上で重要です。放熱問題を解決し、温度の均一性を維持することで、製造業者はバッテリーの性能と信頼性を大幅に向上させ、生命と財産を守ることができます。
文字編輯 高柏科技團隊
作者
林唯耕教授