ガソリン車では、エネルギー源は燃料だった。

一方、EVでは、エネルギー源はバッテリーである。

つまりEVは、巨大な電池を積んで走る機械とも言える。

この電池は、走行時にも、充電時にも、発熱する。

特に、

　● 急速充電

　● 高速走行

　● 登坂

　● 高出力加速

　● 外気温が高い環境 では、熱問題が大きくなる。

電池は、温度に非常に敏感である。

温度が低すぎると、出力が落ちる。

温度が高すぎると、劣化が進む。

さらに異常高温になると、安全性の問題につながる。

つまり電池は、ただ電気を貯める箱ではない。

温度管理されて初めて性能を出せる部品である。

EVで非常に重要なのが、急速充電である。

ユーザーは、できるだけ短時間で充電したい。

しかし短時間で大量の電力を入れるということは、電池に大きな負荷をかけるということでもある。

大電流が流れる。

内部抵抗で熱が出る。

温度が上がる。

劣化が進む。

安全性が下がる。

つまり急速充電とは、充電時間を短くする技術であると同時に、

熱を制御する技術でもある。

電池の熱問題で最も怖いのが、熱暴走である。

熱暴走とは、一部のセルが異常発熱し、その熱が周囲のセルへ伝わり、連鎖的に温度上昇していく現象である。

簡単に言えば、熱が熱を呼ぶ状態である。

これが進むと、発煙、発火、安全性問題につながる可能性がある。

だからEVでは、熱を逃がすだけでは不十分である。

熱を広げすぎない

熱を隣へ伝えすぎない

異常時に拡大させない　という考え方も重要になる。

ここがEV電池の難しいところである。

通常、熱対策というと冷やすことを考える。

しかしEV電池では、冷やす技術と、

熱を遮る技術の両方が必要になる。

通常運転では、電池の熱を適切に逃がしたい。

しかし異常時には、一つのセルの熱が周囲へ広がらないようにしたい。

つまりEV電池では、放熱と断熱をどう使い分けるかが非常に重要になる。

EVの電池パックには、さまざまな材料が使われる。

　● セル

　● バスバー

　● 絶縁材

　● 放熱材

　● 接着材

　● クッション材

　● ケース

　● 冷却プレート

　● 難燃材

つまり電池パックは、異種材料の積層構造である。

ここで問題になるのが、界面である。

金属と樹脂。

電池と放熱材。

放熱材と冷却板。

絶縁材と接着材。

こうした接点部分で、熱が止まることがある。

EV電池では、材料そのものよりも、材料と材料の接点部分で熱問題が起きることがある。

例えば、

　● 接着剤の厚みムラ

　● 放熱材の浮き

　● 絶縁材の段差

　● 圧力不足

　● 空気層

　● 熱膨張差 などである。

すると、熱がうまく逃げず、局所的に温度が上がる。

 

つまり、材料Aが良い、材料Bが良いだけでは足りない。

重要なのは、AとBをどう接触させるかである。

ここは、EV電池の熱対策で非常に重要な視点になる。

EVは、走行中も充電中も温度変化を受ける。

すると、異なる材料はそれぞれ違う動きをする。

金属は金属の膨張をする。

樹脂は樹脂の膨張をする。

接着材は接着材の変形をする。

その結果、

　● 剥離

　● 浮き

　● 反り

　● 応力集中

　● 接触不良 　が起きることがある。

つまり熱問題は、温度が上がる問題だけではない。

温度変化で構造が変わる問題でもある。

試作では問題がなくても、量産では結果が変わることがある。

理由は、

　● 材料厚みのばらつき

　● 貼り合わせ位置のずれ

　● 圧力条件の違い

　● 組立工程のばらつき

　● 自動化装置での搬送ズレ

　● 経年劣化 などである。

EVでは、同じ構造が大量に使われる。

だから小さなばらつきでも、台数が増えると大きなリスクになる。

つまりEVの熱対策では、試作で冷えることより、

量産で安定して冷えることが重要になる。

次世代電池として、全固体電池が注目されている。

全固体電池には、安全性や高エネルギー密度への期待がある。

しかし、全固体電池になれば熱問題がなくなるわけではない。

むしろ、高出力化、急速充電、高密度化が進めば、熱管理はさらに重要になる可能性がある。

つまり将来も、電池の進化と、熱管理の進化はセットで進む。

EVだけではない。

再生可能エネルギーやデータセンターの拡大により、ESS、つまり蓄電システムの重要性も高まっている。

ESSも大量の電池を集めたシステムである。

そのため、

　● 発熱

　● 劣化

　● 熱暴走

　● セル間ばらつき

　● 冷却

　● 断熱 　といった問題を抱える。

つまりEV電池で起きる熱問題は、ESSでも重要になる。

EVとESSは、用途は違っても、

電池を安全に大量運用する技術という意味で、共通する課題を持っている。

今後、EVにはさらに多くのセンサーとAIが搭載される。

温度履歴。

充放電履歴。

振動。

電流。

劣化。

異常発生時の条件。

こうしたデータが蓄積されると、将来的には、

なぜ壊れたのかが、かなり明確に解析される可能性がある。

これまでは「原因不明」「使用環境による」とされていた問題も、AI解析によって、

　● 放熱設計不足

　● 接触不良

　● 熱集中

　● 構造上の弱点

　● 材料劣化

　● 量産ばらつき として可視化される可能性がある。

 

極端に言えば、未来では、壊れた製品ではなく、

壊れる設計そのものが見えるようになるかもしれない。

その結果、設計問題や構造問題が明確になり、リコールが増える可能性もある。

だからこそ、EVやESSでは、今から熱対策を工程レベルで考える必要がある。

研究開発では、

　● 高安全電池

　● 全固体電池

　● 高熱伝導材料

　● セル間断熱材

　● 相変化材料

　● 冷却プレート

　● BMSによる温度制御 などが進んでいる。

ただし本質は、電池をどの温度範囲で安定して使うかである。

高性能な電池ほど、熱管理が重要になる。

実際の現場では、材料スペックだけでは決まらない。

　● どの位置に貼るか

　● どの圧力で密着させるか

　● どの厚みで管理するか

　● 気泡を入れないか

　● 熱膨張後も接触が維持されるか

　● 自動化工程でずれないか が重要になる。

つまりEV電池の熱対策は、材料選定ではなく、

材料をどう使える状態にするかで決まる。

OTIS視点では、EV・電池の熱問題で重要なのは、

　● 放熱材加工

　● 絶縁材加工

　● 断熱材加工

　● 高精度打ち抜き

　● 薄膜加工

　● 高精度ラミネート

　● 異種材料貼り合わせ

　● リール供給

　● 自動化対応

　● 量産安定性 である。

特にEVやESSでは、熱を逃がす材料と、

熱を遮る材料の両方が必要になる。

そしてそれらを、量産工程で安定して使える形にすることが重要になる。

OTISでは、

　● 放熱シート加工

　● 絶縁シート加工

　● マイカ・セラミック系材料の加工検討

　● 断熱材・遮熱材の形状加工

　● 高精度打ち抜き

　● 高精度ラミネート

　● 異形状積層

　● リール供給対応

　● 自動化工程向け供給形態設計

などを通じて、EV・電池・ESS向け機能部材の量産成立に貢献できる可能性がある。

一方でOTISは、

　● 電池セル開発

　● BMS開発

　● EV車両設計

　● モーター開発

　● 冷却システム全体設計 を専門とする会社ではない。

しかし、電池周辺の熱対策部材を量産工程で成立させる

という領域では、重要な役割を担える可能性がある。

★★★★★ EV・電動車

★★★★★ ESS・蓄電システム

★★★★★ 電池パック

★★★★☆ 急速充電インフラ

★★★★☆ データセンター非常用電源

★★★★☆ 産業用バッテリー機器

EVの未来は、電池性能だけでは決まらない

EVの競争は、航続距離や充電速度だけで語られがちである。

しかしその裏側では、熱をどう制御するかが極めて重要になる。

電池は温度で性能が変わる。

高温では劣化する。

異常時には熱暴走のリスクがある。

そして材料同士の接点や貼り合わせ状態で、熱の流れは大きく変わる。

 

つまりEV・ESS時代の熱対策は、良い材料を選ぶことだけでは終わらない。

熱を逃がす、遮る、接触させる、量産で安定させるところまで成立して、初めて本当の熱対策になる。

 

未来のモビリティは、電池性能だけではなく、

電池をどれだけ安全に、安定して、冷静に使えるかで決まるのかもしれない。

 

 

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

 

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません