エネルギー貯蔵浸漬液体冷却技術は進んだバッテリー冷却方法であり、液体の効率的な伝熱の特性によりバッテリーに対する快速、直接、充分な冷却を達成し、バッテリーが安全、効率的な周囲で稼働できるようにしている。その基本原理として、エネルギー貯蔵バッテリーを完全に絶縁、無毒、放熱力のある液体浸漬する。この技術は液体により直接にバッテリーと接触して熱交換を行って快速的にバッテリーが充放電の過程に生じた熱を吸収し、外部循環システムに連れて冷却する。

個別浸漬液体冷却エネルギー貯蔵システムの原理図

浸漬液体冷却エネルギー貯蔵Packボックスはバッテリーセルが適切な周囲で稼働することを負荷、保障するためのバッテリーパッケージのキーとなる部品として、主にバッテリーパッケージ及びクーラントの負荷、安保、伝導及び熱交換などの機能を担当する。よって、システムの効率的、安全及び信頼可能な稼働を確保するために、ボックス構成の設計で密閉性、冷却効率、安全性、材料選択及び加工プロセスなどについて包括的に検討しなければいけない。それに、ボックス構成の設計は液体冷却システムの全体の基礎である。

1-均一的な負荷

浸漬液体冷却エネルギー貯蔵Pack下ボックスは底板及び側板からなり、底板が基礎的支持であり、側板が底板の周りに締め付けられ、共にボックスのメインフレームを構成する。ボックスの寸法について包括的に液体冷却システムの全体上の需要及び荷重を考えに入れて調整を行い、大寸法ボックスの設計で適切に内部仕切り板またはプロセスの構成を設置でき、大空間を複数の小空間にし、応力面積を増やして均一負荷力を向上させるが、内部構成でサポートリブ及び補強リブを増やして局部の負荷力を向上させることができるし、ボックスの内部に均一負荷構成を設置して各角の負荷のバランスを図ってもいい。

それと同時に、均一負荷性に対する可塑性変形の影響を低くするために、高さの異なる加工面を同一の平面に設計すると、工作機械の調整回数を少なくしたり、異なる高さによる変形を避けたりすることができる上、ボックスの幅または高さを向上させて荷重を分散させたり、変形を少なくしたりすることもできる。

また、液体冷却流路とボックス底板の一体化設計は摩擦撹拌接合またはレーザー溶接で合わせを完成し、この設計が有効に全体構成の強度を向上させることができる。

個別浸漬液体冷却エネルギー貯蔵Pack下ボックスの構成図

2-熱交換設計

伝熱力は浸漬液体冷却エネルギー貯蔵技術の重要なプロセスであり、バッテリーが高温周囲で有効に放熱して性能及び安全性を確保することができることに設計の目標を置く。

ボックスの材料は高い伝熱性能がなければいけなく、常用の材料にアルミ合金、銅、アルミニウム母材複合材がある。ボックスの設計について周囲温度変化の影響を考えに入れ、適当な厚さの保温層によりボックス内部の温度が一定の領域にあるようにしてシステムの全体的効率を向上させることができる。

ボックスの構成に関する設計はその伝熱力に直接な影響を与え、適切な流路設置により液体がボックス内部でスムーズに流れ、最大限で接触面積を増やすことを確保でき、ボックスの伝熱力を向上させるための主な対策である。クーラントの循環経路を増やして放熱効果を向上させるために、ボックスの内部に複数の流路を設置してもいい。

            ソリューション1 全浸漬+個別+パネル交換     ソリューション2 全浸漬+個別+ボックス交換

液体冷却システムは冷媒、伝熱構成、液体冷却管路及び支持構成を含む。

ソリューション1では、同種または異種のクーラントを選んで各々液体冷却パネル流路チャンバー及びボックスの空チャンバーに充填し、チャンバーの2つが密閉されていて、通じ合っていない。ボックスの空チャンバーで、クーラントがバッテリーモジュールを浸漬し、充分に接触させ、冷却して流れなく、液体の伝熱性が上手であるという特徴を利用してバッテリーの表面にある熱量を吸収し、温度の向上を抑える。液体冷却パネルでは、クーラントが入水集管で複数の流路に分けられて冷却パネルに入り、出水集管に集まって流れ出て、主に熱を持って行き、放熱を達成することを担当する。

ソリューション2では、温度の低いクーラントが下または側面から流れ込み、温度の高いものが上から流れ出て、クーラントがバッテリーパッケージの内部で循環して流れ、有効、均一的に熱を分配したり、全体的冷却効率を向上させたり、バッテリーセルまたはバッテリーパッケージの温度の一致性を保ったりすることができる。

より一歩に冷却効果を向上させるために、多種の最適化対策（液体流量及び循環方法の最適化、高熱容量のクーラント選択及び液体の温度分布に対する改善など）を講じることができる。これらの対策は熱の集まり及びエネルギーの損失を削減し、バッテリーが効率的な冷却状態で稼働することを確保できる。

3-シール設計

液体冷却packボックスにとって、進んだシール材及び構成で全密閉設計を行い、密閉設計について気密性の上、液体媒質の密閉も考えに入れ、バッテリーユニットがどの方向にも漏れがないようにしなければいけない。

設計について具体的な応用の需要に応じて適切な密閉形式及び形状の上、シールの漏れ自由度、耐摩耗性、媒質及び温度互換性、低摩擦などを考えに入れ、詳細な仕様に従って適切なシール種類及び材料を選択しなければいけない。

なお、溶接プロセスの選択はシール性能に与える影響もとても大きく、材料及び厚さに応じて適切な溶接方法を選択すると、有効に溶接継ぎ目の品質を向上させ、システムの全体的強度及び密閉性を確保できる。

個別浸漬液体冷却エネルギー貯蔵Pack下ボックスの完成品のイメージ

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