42V系统用36V-VRLA电池与热管理方法的开发

中的D 26型电池相同，容量为18Ah。此外，在模拟轻型混合动力车行驶模式图3部分荷电状态的加速寿命试验中确认，与标准的VRLA电池相比寿命性能提高了（3～５）倍。

3 热管理（TM）的开发

3.1 部分荷电状态加速寿命试验中电池热量的产生

上述36V-VRLA电池的研发过程中，首先在2V单体电池中进行主要技术指标的试验。其结果，是围绕着将36V电池一分为二，制成18V还是制成36V整体槽电池展开了讨论。在增加了单格数目的试验中，以部分荷电状态进行加速寿命试验时明显地发热、温度上升，显然有必要进行热管理。部分荷电状态（PSOC）加速寿命试验，是按图3所示充放电模式构成的试验1，和比试验1多一次循环而产生热量的试验2进行试验。开始试验时电池荷电状态为75%，在此采用单格2V的18V及36V整体槽的VRLA电池，按试验2进行部分荷电状态（PSOC）加速寿命试验，研究电池表面温度与寿命的关系，结果示于图4。随着电池表面温度的升高，寿命性能陡降。18V和36V电池寿命相差1.5倍以上，显然电池形状对电池寿命有很大的影响。

图3 Psoc（部分充电）状态加速寿命试验模式

其次，是36V整体槽电池，选18V和36V电池进行加速寿命试验，在循环过程中测定电池表面与内部的温度变化。达到最高温度的中间第5单格的表面与内部温度的变化示于图5。

图5 加速寿命试验时36V整体电池的温度

由图得知，36V整体槽电池的温度，电池内部比表面升高近20℃。2V单体电池表面与内部的温差在5℃以下。通过简易的温度计测定的试验热值与充放电时的极化可推测，试验1约40W，试验2约70W。试验是在部分荷电状态（PSOC）下进行，所以，由正极产生的气体难以在负极进行再化合反应，并且充电与放电的电量大致相等，各自产生的反应热相互抵消，这种热量大部分是导体电阻和液体电阻产生的焦耳热。电池内部温度上升，对寿命性能有很大的影响，所以试用按3.2项中3的方法进行电池的热管理(TM)。在此测试试验1加速寿命试验时电池的表面与内部温度,在此基础上以计算机模拟的方法求出整体电池的温度分布，对比热管理的效果。

3.2 热管理的方法（TM）

热管理与电池的外观示于图6，电池表面与内部温度的分布分别示于图7。并且，图7横坐标的数字表示电池内单格的位置。图８是当时显示的温度分布。

３.2.1　18Ｖ分体电池

18Ｖ分体电池如图６（a）所示，36V整体槽电池内部温度非常高，中间格与边格的温差大。18V分体电池因表面积大便于散热，随着电池整体温度的下降，各单格的温度差也得到了改善。

图6 热管理与电池形状：（a）18分体式；（b）对流通道；（c）散热管、散热片

图7 热管理与温度分布

3.2.2 对流通道

电池中设计对流用通道，对流系统的36V整体槽电池的照片示于图6（b）。电池槽侧面的竖孔和电池槽盖上方的孔与电池内部相连，通过空气对流，分散电池内部的热量。由计算机模拟试验得知，拓宽通道可抑制温度上升，但10mm以上时其效果逐渐饱和。另外，电池按传统的D型电池尺寸进行设计时，如果加宽通道将减小电极的体积，这样就无法保证电池容量。为此，通道的宽度适宜于10 mm。这样将通道的宽度固定为10mm，自然对流与每秒1m的强化对流的温度分布示于图7、图8。强化对流是从电池槽上盖的孔部送风，在入口附近测定风速值，通过强化对流获得接近18V分体电池的温度。当然，通过自然对流也可以确认散热效果。

图8 热管理与温度分布

3.2.3 散热管(HPF)

安装了日本古河电工株式会社开发的散热管和散热片的36V整体槽电池的照片示于图6(c)。散热管夹在散热片与电池槽之间，图片中隐藏在电池的中间部位。电池中采用的散热片是采用原材料铝挤压加工制成。另外，散热管的槽也是原材料铝挤压加工制成多路扁管。这种扁管的厚度为1.9mm。散热管中分散热量的流体使用非氟利昂系列物质。如图７、图８所示，就控制温度上升而言，18Ｖ分体电池的散热管、散热片具有与强制对流相同的效果。另外，因与中间壁面接触的散热管的导热速率高，所以各单格的温度分布均匀。

3.3 通过热管理改善电池的寿命性能

适用于上述热管理的36V-VRLA电池，经过试验２加速寿命试验的结果示于图９。强制对流和对流通道散热管、散热片对寿命性能的改善效果与18Ｖ分体电池相同，与整体电池对比寿命性能高出50％以上。自然对流的对流系统对寿命性能的改善效果比36Ｖ整体电池也高出20％。

图9 36V-VRLA电池的寿命性能

４　寿命周期的环保

42Ｖ系统化的目的之一是削减排气量，从这一观点出发，对目前提出的36Ｖ-VRLA电池进行了寿命周期的环保试验。在此对铅的冶炼、电池生产及配件的生产，以及将电池搭