| |
| 第1章 |
EVの熱マネジメントシステムと評価、最適化 |
|
| 第1節 | EVの熱マネージメントシステム |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | EV熱マネージメントシステム(TMS)とは? |
| 2.1 | ICEVと比較したEV第1世代のTMSの変化点・課題 |
| 2.2 | ICEVとEV第1世代のTMSの代表的システム構成 |
| 3. | TMSの進化と現状 |
| 3.1 | EV第2世代以降(PHEVを含む)の進化の方向 |
| 3.2 | EV用バッテリの進化とTMSへ及ぼす影響 |
| 3.3 | PCSの熱媒体と冷却方法の進化 |
| 3.4 | BTMSの熱媒体と冷却方法の進化 |
| 3.5 | 冷凍サイクルの進化 |
| 4. | TMSの比較評価法 |
| 4.1 | TMSの相対比較プロセス |
| 4.2 | 評価対象・共通評価条件設定 |
| 4.3 | 正規化システム構成図 |
| 4.4 | 正規化部品表(nBOM) |
| 4.5 | 作動モード表 |
| 4.6 | 消費電力計算 |
| 4.7 | (CP-1)主要構成部品数 |
| 4.8 | (CP-2)nBOMコスト |
| 4.9 | (CP-3)年間消費電力 |
| 5. | TMSの評価例 |
| 5.1 | 4章で説明したTMS比較評価法のプロセスを用いた具体例 |
| 5.2 | 評価対象・共通評価条件設定 |
| 5.3 | 正規化システム構成図 |
| 5.3.1 | 正規化TMS - TOYOTA bZ4Xの特徴 |
| 5.3.2 | 正規化TMS - TESLA Model S/Yの特徴 |
| 5.3.3 | 正規化TMS - VW iD.3の特徴 |
| 5.3.4 | 正規化TMS - TATA Punch.evの特徴 |
| 5.3.5 | 正規化TMS - HYUNDAI Konaの特徴 |
| 5.3.6 | 正規化TMS - BYD Sealの特徴 |
| 5.3.7 | 正規化TMS - EVTTMSの特徴 |
| 5.4 | 正規化部品表(nBOM) |
| 5.5 | 作動モード表 |
| 5.6 | 消費電力計算 |
| 5.7 | (CP-1)主要構成部品数 |
| 5.8 | (CP-2)nBOMコスト |
| 5.9 | (CP-3)年間消費電力 |
| 5.10 | TMS評価のまとめ |
| 6. | TMSの動向と課題 |
| 7. | TMSの構成要素の動向と課題 |
| 7.1 | TMSの構成要素 |
| 7.2 | (1)電動圧縮機 |
| 7.3 | (2)サーマルマネージメントモジュール[TMM] |
| 7.4 | (3)制御弁類 - 膨張弁 |
| 7.5 | (3)制御弁類 - 流路切り替え制御弁 |
| 7.6 | (4)熱交換器類 - プレート積層タイプ - チラー |
| 7.7 | (4)熱交換器類 - プレート積層タイプ - 水冷凝縮器[LCC] |
| 7.8 | (4)熱交換器類 - 空冷タイプ |
| 7.9 | (4)熱交換器類 - バッテリクーリングプレート |
| 7.10 | (5)電気電子機器 |
| 7.10.1 | 高電圧車載電源 |
| 7.10.2 | 低電圧車載電源 |
| 7.10.3 | 情報処理 |
| 7.11 | (6)冷媒 |
| 7.11.1 | 冷媒の種類と変遷 |
| 7.11.2 | TMS用冷媒の特性 |
| 7.12 | (7)電動ポンプ |
| 7.13 | (8)電気ヒータ - 車室内空気直接加熱方式 |
| 7.14 | (8)電気ヒータ - クーラント間接加熱方式 |
| 7.15 | (8)電気ヒータ - 直接輻射加熱方式 |
| 7.16 | (9)油冷技術 |
| 8. | TMSの次世代への提案 |
|
| 2節 | 3代目リーフの熱エネルギーマネジメントと実験評価技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 日産歴代BEVの熱マネ技術 |
| 3. | 3代目リーフの熱マネ技術 |
| 3.1 | ヒートポンプの高効率化と省電力への対応 |
| 3.2 | バッテリー温調 |
| 3.3 | 冷熱システム統合熱マネジメントシステム
|
| 3.4 | 電動パワートレインの排熱回収
|
| 3.5 | 車載充電器(OBC:On Board Charger)の排熱回収
|
| 3.6 | ナビリンクバッテリーコンディショニング |
| 3.6.1 | ナビリンク急速充電前バッテリー暖機 |
| 3.6.2 | ナビリンク低負荷判定時マイルドクーリング |
| 3.6.3 | ナビリンク低負荷判定時急速充電制限緩和 |
| 4. | EV熱マネジメント実験における課題 |
| 4.1 | 実験条件の増加 |
| 4.2 | EV冷却システムへの要件追加 |
| 5. | 解決法策 |
| 5.1 | データ処理システムの開発 |
| 5.2 | 温度環境を再現する実験設備 |
| 5.3 | ナビ連携による熱マネ実験設備 |
| 6. | まとめ |
|
| 第3節 | EVの熱マネジメントシステムの全体最適化MBD手法 |
|
| 1. | 車両システムモデルの概要 |
| 2. | EVの熱マネジメントシステムの検討事例 |
|
| 第2章 |
EVのHVAC構成要素・機器と低消費電力化技術 |
|
| 第1節 | 電気自動車における暖房課題とヒートポンプ技術の適用に関する考察 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 電気自動車の航続距離と暖房 |
| 3. | 自動車の空調 |
| 4. | 建物と自動車空調の本質的差異 |
| 4.1 | 除湿および換気 |
| 4.2 | 熱負荷と熱容量 |
| 4.3 | 自動車と住宅の省動力の考え方の違い |
| 5. | 自動車用ヒートポンプの課題 |
| 5.1 | 住宅用ヒートポンプの構成 |
| 5.2 | 冷暖熱交換器共用化 |
| 5.3 | 熱交換器サイズ |
| 5.4 | 冷媒 |
| 5.5 | 着霜と除霜 |
| 6. | 電気自動車の廃熱利用 |
| 7. | まとめ |
|
| 第2節 | EV用デシカント空調システム |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | デシカントとは |
| 3. | 高分子収着剤の特徴 |
| 4. | 高分子収着剤を担持した通風ブロックの吸放湿特性 |
| 5. | デシカント利用のBEV向けデフォッグ装置(その1) |
| 6. | デシカント利用のBEV向けデフォッグ装置(その2) |
| 7. | まとめと余談:わが国のBEV普及に向けて |
|
| 第3節 | EV用冷媒の技術展望 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 冷媒特性 |
| 2.1 | 新冷媒R-1132(E)について |
| 2.2 | R-1132(E)を含む混合冷媒について |
| 3. | 冷媒安定性試験 |
| 3.1 | 安定性試験の概要 |
| 3.2 | 密閉ガラス管の準備(密閉ガラス管加速試験) |
| 3.3 | 分析方法 |
| 3.4 | 試験(熱安定性) |
| 3.5 | 試験(共存物の影響) |
| 3.6 | 冷凍機油の影響 |
| 3.7 | 化学的安定性の結論 |
| 4. | 材料適合性試験 |
| 4.1 | 材料の選定 |
| 4.2 | 分析方法 |
| 4.3 | 試験結果(ゴム材料) |
| 4.4 | 試験結果(樹脂材料) |
| 4.5 | 試験結果(マグネットワイヤー) |
| 4.6 | 材料適合性スクリーニングの結論 |
| 5. | 性能試験比較 |
| 5.1 | コンプレッサー単体試験 |
| 5.2 | システム評価方法 |
| 5.3 | システムベンチテスト |
| 5.4 | 最大冷凍能力評価試験 |
| 5.5 | 効率評価試験 |
| 5.6 | システム試験の結論 |
| 6. | 規制下でのシステムと冷媒の組み合わせ(1-システム多種冷媒) |
| 6.1 | EU-PFAS規制について |
| 6.2 | ダイキンの新冷媒とシステムの関係性 |
| 7. | おわりに |
|
| 第4節 | 機電一体型・電動ウォータポンプの熱シミュレーション |
|
| 1. | 機電一体型・電動ウォータポンプ |
| 2. | ECUのモデリング |
| 2.1 | ECUのモデルの構築 |
| 2.2 | ECUのモデルの精度検証 |
| 3. | メカのモデリング |
| 3.1 | メカのモデルの構築 |
| 3.2 | 機電一体のモデルの精度検証 |
| 4. | 熱シミュレーションの技術運用 |
| 4.1 | モデル精度の運用成績 |
| 4.2 | モデル精度の改善 |
| 4.3 | 解析リードタイムの改善 |
| 5. | 今後 |
|
| 第5節 | 自動車用熱交換器の製造技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 自動車用熱交換器の種類と構造 |
| 3. | ろう付材料の基本設計 |
| 4. | ろう付不完全部の事例と対策 |
| 4.1 | Mgによる未接合 |
| 4.2 | 粗大Si粒子による母材の溶融・穴あき |
| 4.3 | ろうの流動による心材(母材)の侵食 |
| 4.4 | プレート近傍のチューブ/フィン接合部でのフィン剥がれ |
| 5. | まとめ |
|
| 第6節 | 冷却ファン用焼結流体動圧軸受に用いられる材料技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | ヘッドライト冷却ファン用焼結流体動圧軸受 |
| 2.1 | 優れた静粛性 |
| 2.2 | 幅広い温度領域における高い信頼性 |
| 3. | おわりに |
|
| 第7節 | 透明低放射(Low-E)ガラス窓に向けた酸化物半導体表面プラズモンの光熱制御 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 赤外域の共鳴反射率と屈折率の相関 |
| 3. | ITOナノ粒子薄膜の3次元電磁界解析とその光学応答 |
| 3.1 | 電磁界解析 |
| 3.2 | 近赤外及び中赤外域の光学応答:共鳴反射と光電場増強 |
| 3.3 | 中赤外域の放射性能 |
| 3.4 | 近赤外域の光学応答と遮熱性能 |
| 3.5 | Low-E性能の評価 |
| 4. | まとめ |
|
| 第8節 | 着雪防止機能を有するミリ波レドーム |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 媒質中を進む電磁波の伝搬特性 |
| 2.1 | 媒質中を進行する電磁波の波動方程式 |
| 2.2 | 媒質中の電磁波減衰と位相変化 |
| 2.3 | 媒質に入射した電磁波の透過率 |
| 3. | 雪がミリ波透過率に及ぼす影響 |
| 3.1 | 乾雪の媒質モデルと実効比誘電率 |
| 3.2 | 乾雪～湿雪～雨のミリ波透過率の評価 |
| 4. | ミリ波透過性ヒーターの設計 |
| 4.1 | ヒーターパターン設計および評価方法 |
| 4.2 | ヒーター線ピッチとミリ波透過率 |
| 4.3 | ヒーター面占有率とミリ波透過率 |
| 5. | 発泡樹脂を用いた省電力化効果 |
| 5.1 | 省電力効果の解析モデルおよび結果 |
| 5.2 | 発泡樹脂のミリ波透過率評価 |
| 6. | まとめ |
|
| 第9節 | 超低反射率黒色顔料と車載センサーへの適用 |
|
| 1. | はじめに |
| 1.1 | LiDARと黒色材料について |
| 1.2 | カメラセンサーと黒色材料について |
| 1.3 | 超低反射黒色顔料 LUSHADER BLACK |
| 2. | 製品設計 |
| 3. | 本製品を用いて作製した塗膜の光学特性 |
| 3.1 | 可視光吸収特性 |
|
| 第3章 |
xEVパワートレインの冷却技術 |
|
| 第1節 | xEVモータ・PCUの冷却技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | モータの発熱 |
| 2.1 | モータの発生損失 |
| 2.2 | 銅損 |
| 2.3 | 鉄損 |
| 2.4 | 永久磁石の発熱 |
| 3. | PCUの発熱 |
| 3.1 | パワーデバイスの損失 |
| 3.2 | その他の損失 |
| 4. | モータの冷却技術 |
| 4.1 | モータの上限温度 |
| 4.2 | モータの冷却 |
| 4.2.1 | 空冷方式 |
| 4.2.2 | 水冷方式 |
| 4.2.3 | 油冷方式 |
| 4.2.4 | 回転子の冷却 |
| 5. | PCUの冷却 |
| 5.1 | パワーデバイスの冷却 |
| 5.2 | PCUの冷却 |
| 6. | xEVモータ・PCU冷却の今後の展望 |
|
| 第2節 | 電動パワーユニット駆動システムにおける冷却技術の展望 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 冷却するための熱交換システム |
| 3. | 熱交換システムの課題 |
| 4. | 冷却技術の方向性 |
| 4.1 | 相変化の活用 |
| 4.2 | 接触表層における表面性能向上手法 |
| 4.3 | 微細経路冷却 |
| 5. | その他 |
| 6. | まとめ |
|
| 第3節 | インホイールモータの冷却技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | インホイールモータの可能性 |
| 3. | ラインアップと冷却方式 |
| 4. | 中大型車両向けインホイールモータ:ダイレクト油浸冷却 |
| 5. | 小型車両向けインホイールモータ:ロータリーフィン空冷 |
| 6. | まとめ |
|
| 第4節 | CO2冷媒一元化によるxEV用モータとバッテリーの冷却・潤滑システム |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | CO2冷媒による複合冷却・潤滑システム |
| 2.1 | 複合冷却・潤滑システム |
| 2.2 | モータの機械抵抗低減手法と小型軽量化 |
| 2.3 | バッテリー冷却と,空調との協調制御 |
| 2.4 | 各構成要素における課題 |
| 2.4.1 | モータ冷却性能と攪拌抵抗低減の両立 |
| 2.4.2 | バッテリー熱管理の効率化 |
| 3. | CO2冷媒による複合冷却・潤滑システムの効果検証 |
| 3.1 | ロータ・ステータ間の攪拌抵抗とモータ冷却 |
| 3.1.1 | 攪拌抵抗低減効果と,冷却性能 |
| 3.2 | バッテリー冷却 |
| 3.2.1 | バッテリー冷却性能 |
| 4. | まとめ |
|
| 第5節 | 潤滑油による電動車用モータおよびバッテリー冷却技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | モータの油冷技術 |
| 2.1 | 強制対流冷却性評価 |
| 2.2 | モータ冷却性評価 |
| 3. | バッテリーの油冷技術 |
| 3.1 | バッテリー模擬冷却性試験機 |
| 3.2 | バッテリー模擬冷却性試験の粒子法シミュレーション |
| 4. | 潤滑油の物性と冷却性の関係および分子構造の影響 |
| 4.1 | 熱伝達率に及ぼす潤滑油物性の影響 |
| 4.2 | 熱伝導率に及ぼす分子構造の影響 |
| 5. | おわりに |
|
| 第6節 | 駆動用モータの沸騰冷却とドライアウト発生メカニズム |
|
| 1. | はじめに |
| 1.1 | 冷却方式の得失比較 |
| 1.2 | 沸騰冷却におけるドライアウト発生メカニズム |
| 2. | スロット内コイルへの沸騰冷却適用におけるドライアウト抑制指針 |
| 2.1 | 占積率を指標としたモデルに基づくドライアウト発生境界の予測 |
| 2.2 | ドライアウト発生境界の検証 |
|
| 第7節 | 農機用モータの巻線部樹脂ポッティングによる冷却技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 電動農業機械に求められるモータ特性と課題 |
| 3. | 巻線温度上昇の要因と対策 |
| 4. | 樹脂ポッティングによる放熱性の向上 |
| 4.1 | モータ巻線の樹脂ポッティング |
| 4.2 | 放熱効果の定量評価 |
| 4.3 | 樹脂ポッティングによる巻線冷却効果 |
| 5. | まとめ |
|
| 第8節 | 車載パワーモジュールの放熱技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | パワーモジュールに用いられる材料 |
| 2.1 | 汎用型パワーモジュール構造と部材 |
| 2.2 | パワーモジュール向け絶縁層の現状と開発状況 |
| 2.2.1 | a) 絶縁セラミックス材料の現状 |
| 2.2.1 | b) 絶縁セラミックス基板の開発動向 |
| 2.2.2 | 有機絶縁材料の開発状況(コンポジット熱伝導樹脂の高熱伝導化) |
| 2.3 | パワーモジュール部材の開発トレンド |
| 3. | 高放熱パワーモジュール構造 |
| 3.1 | 絶縁シート適用ヒートシンク一体化によるグリースレス構造 |
| 3.2 | セラミックス基板/ヒートシンク一体化によるグリースレス構造 |
| 3.3 | パワーモジュールの冷却構造の進化 |
| 4. | おわりに |
|
| 第9節 | 直接水冷型両面冷却パワーモジュール技術 |
|
| 1. | まえがき |
| 2. | 直接水冷型パワーモジュール技術 |
| 3. | 直接水冷型両面冷却パワーモジュール技術 |
| 3.1 | 直接水冷型両面冷却パワーモジュール構造 |
| 3.2 | 直接水冷型両面冷却パワーモジュールの製造法 |
| 3.3 | 直接水冷型両面冷却パワーモジュールの高性能化 |
| 3.4 | 直接水冷型両面冷却パワーモジュールの性能評価 |
| 3.5 | 直接水冷型両面冷却パワーモジュール搭載インバータ |
| 4. | あとがき |
|
| 第10節 | 磁気デバイスの放熱・冷却技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 磁気部品の高放熱化に向けた構造 |
| 2.1 | 磁気部品の高放熱化の必要性 |
| 2.2 | 磁気部品の冷却および磁気構造 |
| 2.3 | Thermal Interface Material(TIM)材の基本 |
| 3. | 従来の立体インダクタと低背化インダクタの相対比較実験結果 |
| 4. | おわりに |
|
| 第11節 | アルミ電解コンデンサの熱マネジメント |
|
| 1. | 概要 |
| 2. | アルミ電解コンデンサの熱マネジメント |
| 3. | アルミ電解コンデンサについて |
| 3.1 | コンデンサにおけるアルミ電解コンデンサの立ち位置 |
| 3.2 | アルミ電解コンデンサの構造 |
| 3.3 | アルミ電解コンデンサの種類と特徴 |
| 3.4 | アルミ電解コンデンサの寿命特性 |
| 4. | アルミ電解コンデンサの熱マネジメント |
| 4.1 | 自己発熱特性の改善 |
| 4.2 | 放熱性能の改善 |
| 4.3 | ケース構造による改善 |
| 4.4 | モジュール構造化と放熱設計 |
| 4.5 | 液浸冷却への対応 |
|
| 第4章 |
xEV用バッテリーの熱マネジメントと火災・延焼防止技術 |
|
| 第1節 | EV用低導電性クーラント |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | バッテリー冷却の重要性と主な冷却方法 |
| 2.1 | バッテリー冷却の重要性 |
| 2.2 | バッテリー冷却の主な冷却方式 |
| 3. | バッテリー間接冷却用クーラントに求められる性能 |
| 4. | LECCの処方技術 |
| 4.1 | LECCの基剤 |
| 4.2 | LECCの添加剤 |
| 5. | ハイブリッド車およびFCEV用クーラント |
| 6. | 電気自動車用クーラントのトレンド |
|
| 第2節 | リチウムイオン電池内部温度モデリング技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | LIB内部温度管理の重要性について |
| 3. | 電池セル内部熱特性取得方法 |
| 3.1 | 電池ジュール熱、分極熱発熱量 |
| 3.2 | エントロピー変化熱 |
| 3.3 | 内部熱容量 |
| 4. | 1D熱等価回路モデルの構築 |
| 4.1 | 電池内部熱流れ分析による縮退 |
| 4.2 | 内部未知パラメーター同定 |
| 5. | 予実差検証 |
| 5.1 | 内部温度計測 |
| 5.2 | 予実差検証結果 |
| 6. | 充放電サイクルに伴う内部熱特性変化のモデル化と検証 |
| 6.1 | 内部温度モデルの課題と粒子モデルの必要性 |
| 6.2 | 電池の内部構造 |
| 6.3 | 仮説立案 |
| 6.4 | 仮説の定式化 |
| 6.5 | 仮説の検証 |
| 6.5.1 | 検証方法 |
| 6.5.2 | 仮説①の検証 ～粒子割れ長さの電池分解計測による検証 |
| 6.5.3 | 仮説②の検証1 ～熱伝導率の電池分解計測による検証 |
| 6.5.4 | 仮説②の検証2 ～熱伝導率の電池セル実験による検証 |
| 7. | さいごに |
|
| 第3節 | ヒートパイプによる車載部品の冷却技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | ヒートパイプの原理,種類,構造 |
| 2.1 | ヒートパイプの原理 |
| 2.2 | ヒートパイプの種類 |
| 2.2.1 | ループヒートパイプ |
| 2.2.3 | 超薄型ヒートパイプ |
| 2.2.4 | ベーパチャンバー |
| 3. | ヒートパイプの応用分野 |
| 4. | 自動車用ヒートパイプ |
| 4.1 | ヒートパイプの応用分野 |
| 4.2 | バッテリーの冷却 |
| 4.2.1 | ハイブリッドカー用Li-ion電池の冷却事例 |
| 4.3 | モータの冷却 |
| 4.4 | IGBTの冷却 |
| 5. | 結論 |
|
| 第4節 | EVバッテリー熱暴走抑制に向けた耐火性フェノール樹脂材料 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 電気自動車における熱暴走の課題と保護 |
| 3. | 耐火性試験方法 |
| 4. | 連続火炎試験による耐火性評価 |
| 5. | 高耐火性フェノール樹脂成形材料の開発 |
| 6. | 最後に |
|
| 第5節 | 吸熱反応を用いた、リチウムイオンバッテリー向け断熱・延焼防止材の開発 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 伝熱と断熱材の基礎 |
| 2.1 | 伝熱の理論 |
| 2.2 | 一般的な断熱材の設計思想 |
| 3. | 吸熱反応を用いた断熱・延焼防止材の開発 |
| 3.1 | 開発コンセプト |
| 3.2 | 断熱性能の評価 |
| 3.3 | 電池を用いた類焼試験 |
| 4. | ProfyGuardによる断熱メカニズム |
| 4.1 | メカニズム解析の方針 |
| 4.2 | 熱伝導率 |
| 4.3 | 反応熱 |
| 4.4 | 速度論因子 |
| 5. | まとめと今後の展望 |
|
| 第6節 | EVバッテリー周辺部材における難燃材料技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 規格・規制 |
| 3. | 部位と採用例 |
| 4. | 課題 火災等 |
| 5. | 材料規制 |
| 5.1 | 規制 |
| 5.1.1 | CLP規則 |
| 5.1.2 | REACH規則 |
| 5.1.3 | EU RoHS指令 |
| 5.2 | 規制への対応手段;リスクトレードオフ |
| 6. | 将来の姿 |
| 6.1 | 高難燃性 |
| 6.2 | 低発煙性 |
| 6.3 | 環境安全性と生産技術 |
| 6.4 | 将来への提言 |
| 7. | まとめ |
|
| 第5章 |
xEV車載機器における熱伝導材料TIMの技術動向 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | TIMの役割と構成要素 |
| 3. | TIMの種類とそれぞれの特徴 |
| 4. | 熱特性からの熱伝導シートの選定方法 |
| 5. | 機械的特性からの熱伝導シートの選択 |
| 6. | 界面における接触熱抵抗 |
| 7. | まとめ |
|
