報告書番号

C19003

タイトル（和文）

電気自動車用蓄電池の冷却方法の調査

タイトル（英文）

Investigation report about cooling methods of electric vehicle batteries

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
電気自動車注1)は、省エネルギー、CO2削減、エネルギー多様化への対応、石油依存度の低減などの観点から、非常に重要な役割を担っている。一方、2018年の世界全車両販売台数（9224万台）のうち、電気自動車の割合が2%（163万台）に過ぎない。その本格的な普及にはまだ多くの課題、例えば、蓄電池に関しては、エネルギー密度、熱管理、高温や衝突による熱暴走、リサイクル等が残されている。
目　　的
車用蓄電池の熱管理に着目し、蓄電池の種類及び冷却方法を調査し、整理する。また、今後の電池冷却システムの研究開発に繋げるため、蓄電池の構造や発熱特性に基づき、適切な冷却方法を検討する。
主な成果
1.蓄電池の種類と比較
車用蓄電池としてメジャーなリチウムイオン蓄電池（LiB）では、図1に示す通り他の蓄電池に比べて、エネルギー密度が高い、起電力が高い、メモリ効果がない、サイクル寿命が長い等のメリットがある。一方、LiBのサイクル寿命や放電容量は温度の上昇によって大きく低下し、更に高温時の熱暴走のリスクが高い弱点がある。よって、如何にエネルギー密度の高いLiBを高効率且つ安全に使うかが重要である。
2.車用蓄電池の冷却方法の整理と分析
電池パックに収納された複数のバッテリーセルの発熱を除去するため、冷却媒体（空気、水（冷却液）、冷媒）が使われる。媒体の種類によって、冷却方法は空気冷却（空冷）、水冷却（水冷）と冷媒直冷に分けられる（図2）。各車種のバッテリーの冷却方法を図3に示した。日本のメーカは空冷を採用しているが、欧州やアメリカ、中国のメーカは水冷がほとんどである。各冷却方法の長所・短所をまとめると以下の通りである。
・ 水冷と冷媒直冷について、冷却効果はよいが、配管の複雑化・長尺化、冷却液の漏れリスク、メンテナンスの手間等のデメリットがある。
・ 空冷はハンドリングが容易で、電池パックの隅々まで冷気が行き渡るというメリットがある。パッシブな自然空冷については、冷却の能力が小さい。開放式強制空冷については、外気流入による電池パック内への湿気侵入、結露、ごみ付着といったデメリットがある。
・ 密閉式強制空冷について、適切な冷却能力が確保でき、且つ、シンプルな構造にできることや、湿気やごみを発生しない等のメリットがある。
注１）本報告書では、電気自動車についてハイブリッド車や、プラグインハイブリッド車も含む。

概要 （英文）

Increasing attentions have been paid to electric vehicles (EVs), which are more energy-efficient and environment friendly than the traditional internal combustion engine systems. One of the issues for EVs spreading is to find a suitable batteries which can support high driving distance. Various batteries have been proposed, such as lead acid, nickel based, sodium based and lithium-ion (Li-ion) batteries. Li-ion batteries seem to be one of good options for EVs due to their superior characteristics of high energy density and specific power, long life cycle and low self-discharge rates, et.al. However, the performance of Li-ion batteries, including cycle life, discharge capacity and voltage, safety concerns (thermal running) reduce significantly when the temperature is higher than about 60C. Therefore, removing the generated heat during charging and discharging process is necessary for Li-ion batteries. In general, there are three kinds of battery cooling methods: air based cooling, water (liquid) based cooling and refrigerant based cooling. Almost all Japanese vehicle makers adopt the air based cooling methods for EVs. However, the Europe, America and Chinese vehicle makers prefer the water based cooling method. The refrigerant based cooling method is just only applied in EV of BMW. Although the water and refrigerant based cooling have relatively high cooling performance, the liquid leak risk, complex liquid piping and inconvenience of maintenance, et.al, may prevent their adoption for battery cooling. Among the air based cooling methods, the nature air cooing has a bad cooling performance and the open type forced air cooling may bring garbage, dust or condensed water into the battery case. The closed type forces air cooling has a proper cooling performance and can avoid those demerits of the open type forces air cooling.

報告者

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