熱的に安全なEVバッテリーのための没入型ソリューション

EVのバッテリー急速充電器によって引き起こされる過度のノイズの問題を解決するための研究開発作業は、熱管理、熱放散、および火災リスクの低減の進歩につながりました。英国を拠点とする専門エンジニアリング会社であるD2HAdvancedTechnologiesは、車両の急速充電サイクル中にノイズが発生したことを発見しました。これは、バッテリーの熱を放散するために不可欠な、クーラントの高いポンプ出力要件が原因でした。 OEMの顧客は満足しており、D2Hは研究の焦点をシリーズ生産のリチウムイオン電池の熱需要に直接移しました。

EVバッテリーでは、熱が蓄積すると劣化が加速したり、熱暴走につながる可能性があります。この問題は、ガスやディーゼルではなく電気が個人輸送の将来のエネルギー源であることを国民に納得させるために、より広い範囲とより速い充電が不可欠になるにつれて発生する可能性があります。 D2H —そのクライアントにはマクラーレン、シボレーレーシング、フォーミュラEが含まれます—は、これらの課題に対処するために、特殊化学会社であるCrodaと協力しています。

EVノイズ問題に関するD2Hの調査作業は、自動車メーカーが問題の決定的な原因を求めて会社に連絡した2019年に始まりました。物理テスト用の32セルバッテリモジュールが構築され、没入型およびコールドプレート技術を含むさまざまな潜在的な冷却ソリューションにかけられました。結果は、物理的および計算流体力学（CFD）技術を介して相関していました。

重要な追加のメリット

液浸システム内でのCroda誘電性流体の使用がその答えとして特定され、特に急速充電の状況では、ポンプ出力を下げる必要がありました。 「バッテリー全体が非導電性の冷却剤に浸されています」と、D2HエンジニアリングディレクターのChrisHebert氏は説明します。 「これにより、セルのピーク温度が低くなり、Cレート（バッテリーの充電/再充電のレート）が高くなり、各セル内の温度勾配が小さくなり、パックの寿命が長くなります。」

しかし、比熱容量が高い水グリコールの使用を無効にするため、これには課題があります。誘電性流体はその半分に達するのに苦労する可能性がある、とHebertは説明し、その結果、入口から出口までのバッテリー全体の温度勾配が大きくなります。ただし、バッテリーの内部と冷却液の流路に細心の注意を払うことで、Crodaが低粘度、低密度の流体を開発することと相まって、「低いポンプ出力を維持しながら、これを軽減することができました」とHebert氏は述べています。

D2Hは、Croda流体を使用した浸漬法を使用すると、パック全体の熱伝達がはるかに効率的であることを発見しました。 「熱管理の課題を緩和する可能性があることを確認しました」とHebert氏は述べています。 「重要な追加の利点は、低粘度の誘電性流体の高い引火点であり、火災のリスクをさらに低減する可能性につながります。」

急速充電サイクルによって生成される熱に関するD2Hの研究は、バッテリーの性能と寿命の両方に関係しています。作品におけるCrodaの役割は不可欠であると見なされており、「斬新な」没入型の液体を導入しています。 「液浸冷却の利点を考えると、開発は継続されます」とHebert氏は述べています。 「バッテリーの温度が下がると、火災のリスクが軽減されます。その浸漬は発火の可能性を減らします。そして、熱はバッテリーの劣化とパフォーマンスの低下の主な原因です。」

パック内の経路

カリフォルニア大学リバーサイド校の研究者による報告によると、Hebertは、高温とそのようなサイクルによる抵抗がバッテリーに損傷を与える可能性があり、摩耗が加速し、極端な状況では火災の危険性があることを発見しました。研究者は、40回の急速充電後、バッテリーの容量が元の容量の約60％であることを発見しました。

自動車用途の場合、容量が80％を下回ったら、リチウムイオン電池を交換する必要があると一般に考えられています。これは、わずか25回の急速充電サイクルで到達したレベルです。報告書は、この時点で、電極と電解質が空気にさらされるリスクが高くなり、特に60°C以上の温度で火災や爆発のリスクが高まると述べています。

関係する短い時間枠にもかかわらず、D2Hは完全な冷却性能だけを考慮していませんでした。すべてのEVの信頼性は、パフォーマンスと再充電時間だけでなく、パッケージングの成功にも依存します。 Hebert氏は、液浸冷却にはさらなる利点がある可能性があると述べています。「液浸設計では冷却プレートが不要であるため、よりコンパクトになり、実際のセル専用のスペースを増やすことができます。」

表面に浸すのは重いオプションのように見えますが、D2Hの調査によると、バッテリーパック内の経路を注意深く設計することで、流れを妨げることなくギャラリーサイズを縮小し、冷却液の量と重量を減らすことができます。

「熱管理、特に急速充電サイクル中の熱放散を強化することで、火災のリスクを低減するとともに、将来の反復でより大きな電力密度、範囲、および寿命を実現できる可能性があります」とHebert氏は主張しました。 「この分野への広範な研究が必要であり、Crodaとの実験的作業が進行中です。」

この記事は、SAEのヨーロッパの編集者であるStuartBirchによって書かれました 自動車工学。 D2Hの詳細については、こちらをご覧ください 。