精密冷却でEV充電のボトルネックを解消

高速直流充電では、EV のバッテリーを 20 分で約 20 パーセントから 80 パーセントまで充電できます。これは悪くありませんが、それでも通常のガソリン車の燃料を満タンにするのにかかる時間の約 6 倍です。

より高速な充電を実現するための大きなボトルネックの 1 つは冷却であり、特に充電時の大型 EV バッテリー パック内の冷却が不均一であることが挙げられます。ハイドロヘルツ、元モータースポーツおよびパワーエレクトロニクスのエンジニアによって立ち上げられた英国のスタートアップ企業は、充電中に液体冷却剤を必要な場所に正確に噴射するという解決策があると述べています。 11 月に発表されたそのソリューションは、温度が急上昇した場所に正確に、ミリ秒以内に冷却剤を噴射する回転式冷却剤ルーターです。これは、シングル ループ システムが反応するよりもはるかに高速です。実験室テストでは、この冷却技術により、従来の冷却アーキテクチャで可能であった時間の半分未満で EV バッテリーを安全に充電できるようになりました。

クーラントを移動する賢い方法

Hydrohertz はそのソリューションを Dectravalve と呼んでいます。単純なマニホールドのように見えますが、2 つの同心のシリンダーとステッピング モーターが含まれており、バッテリー パック内の最大 4 つのゾーンに冷却剤を送ります。パックのコールドプレートの間に取り付けます、物理的接触を通じてバッテリーセルから熱を効率的に除去するように設計されており、メインの冷却剤供給ループは、絡み合ったバルブ、ブラケット、センサー、ホースに代わるものです。

コストを低く抑えるために、Hydrohertz は、既製の材料とシール、および多くの大手部品サプライヤーが使用する製造ツールで満たせる寸法公差を使用して製造される Dectravalve を設計しました。 物事をシンプルかつ比較的安価に保つことで、倹約で悪名高い自動車メーカーやサプライヤーにデクトラバルブが食いつく可能性が高まる可能性がある。 「熱管理はシンプルさと超低コストを目指す傾向にあります」と氏は言います。 ワン・チャオヤン、機械および化学工学の教授 ペンシルバニア州立大学。研究分野には、バッテリーや燃料電池の内部流体に関連する問題の取り扱いが含まれます。自動車メーカーはパッシブ冷却を好むだろうが、急速充電が遅くなる場合はそうではない、と同氏は指摘する。したがって、少なくとも現時点では、インテリジェントな制御が不可欠です。

「デクトラバルブが宣伝どおりに機能すれば、バッテリー寿命が約 20% 向上すると予想されますが、これはかなりのことです。」–アンナ・ステファノポロウ、ミシガン大学

Hydrohertz は、不凍液としても知られる通常の水グリコールで動作する Dectravalve を構築し、統合を簡素化しました。一般的な不凍液を使用することで、サプライヤーやEVメーカーが特別な配合が冷却システムの残りの部分と互換性があり、予期せぬ複雑さを引き起こさないかどうかを確認する必要がある検証プロセスのステップを回避できます。また、1 つの Dectravalve で従来の冷却システムの複数のバルブと配管アセンブリを置き換えることができるため、部品点数が減り、漏れ箇所が減り、保証リスクが軽減されると、Hydrohertz の創設者で CTO のMartyn Talbot 氏は主張します。熱制御が厳格化されたことで、自動車メーカーは大型のポンプ、ホース、熱交換器を縮小することもでき、コストと車両のパッケージングの両方が改善されました。

バルブはバッテリーパックの温度を 1 秒間に数回読み取り、冷却剤の流れを瞬時に切り替えます。急速充電などの高負荷イベントが発生すると、既知のホットスポットの温度が上昇する前に、より多くの冷却剤が既知のホットスポットに割り当てられるように事前に配置されます。

マルチゾーン制御はウォームアップを早めて、極寒での充電によるバッテリーの劣化を防ぐこともできます。制御システム、エネルギー、輸送技術を専門とするミシガン大学の機械工学教授アンナ・ステファノポロウ氏は、「加温流体を送ってパックの半分を素早く温めることができるので、安全に負荷をかけ始めることができます」と述べています。システムがパックの残りの部分を徐々に温め始める間、その半分は負荷を受け入れ始めることができると彼女は説明します。しかし、Dectravalve の主な機能は、充電が遅くならないように、急速に加熱する問題のあるセルを冷却することです。

バッテリー内部の温度変化に迅速に応答しても冷却能力は向上しませんが、既存のハードウェアをより効率的に活用できます。 「冷却液をより正確に制御すれば、無料でより多くのパフォーマンスが得られます」とタルボット氏は言います。

充電時間は60パーセント短縮可能

2025 年初頭、デクトラバルブは、英国コベントリーにあるウォリック大学の学際的研究センターであるワーウィック マニュファクチャリング グループ (WMG) によって実施されたベンチ テストを受けました。WMG は、バッテリー システムやその他の技術の製造可能性を向上させるために輸送会社と協力しています。 WMGは、Dectravalveの冷却性能と、同じ100キロワット時のバッテリーパックを使用した従来のシングルループ冷却システムの冷却性能を比較した。 10 パーセントから 80 パーセントまでの急速充電試験中、Dectravalve はバッテリー管理システムの介入なしに、ピークセル温度を 44.5 °C 未満に抑え、セル間の温度変動を 3 °C 未満に抑えました。シングルループシステムの同様の熱性能は、バッテリーが受け入れる電力量をダイヤルバックすることによってのみ可能になりました。これは、急速充電がガソリン給油と同等にならないようにするまさに先細りです。

セル温度を 50 °C 以下に保つことが重要でした。その温度を超えるとリチウム メッキが開始されるからです。水がスポンジに吸収されるときのように内部の細孔ネットワークを満たすのではなく、リチウムがアノード（充電中に電荷が蓄えられるバッテリーの部分）の表面をコーティングし始めると、バッテリーは不可逆的な損傷を受けます。メッキによりバッテリーの充電容量が大幅に減少します。バッテリーが熱くなりすぎると、電解液が分解する可能性があります。その結果、電極間のイオンの流れが阻害されます。また、バッテリー内の流量が減少すると、車両のモーターに電力を供給する外部回路内の流量も減少します。

Dectravalve が温度を低く均一に保ち、バッテリー管理システムがエネルギー交通の取り締まりをしたり、過熱を避けるために限界まで充電を遅くしたりする必要がなかったため、充電時間は約 60% 短縮されました。 Hydrohertz によると、Dectravalve を使用すると、バッテリーは 10 ～ 13 分で 80% の充電状態に達しましたが、単一冷却ループの設定では 30 分かかりました。

バッテリーを冷却すると寿命が長くなります

Hydrohertz は Warwick の温度データを使用して標準的な劣化モデルを適用し、より低温で均一なパックがより長く持続することを発見しました。ステファノポロウ氏は、デクトラバルブが主張どおりに機能すれば、バッテリー寿命が約 20% 向上する可能性があると推定しています。 「それはたくさんあります」と彼女は言います。

それでも、このシステムが新しいEVに搭載されるまでには、数年かかる可能性がある。自動車メーカーは、新しい冷却剤アーキテクチャを承認する前に、何年にもわたるサイクルテスト、衝突試験、コスト調査を必要とします。ハイドロハーツによれば、複数のEVメーカーと電池サプライヤーが検証プログラムを開始しており、最高技術責任者（CTO）のタルボット氏は、結果が出ればライセンス契約が増えると予想している。しかし、最良のシナリオであっても、デクトラバルブは量産モデルのEV電池を少なくとも3モデル年は冷却し続けることはできないだろう。