ダウウェイ・ビークルのCEO、ジョニー・リュー氏による記事
公開日: 2026年3月5日 | 読了時間： 15分
1. 電気自動車におけるバッテリーパックの主な役割
Dowway VehicleのCEOとして、EVバッテリーの安全性をどのように確保しているのかという質問をよく受けます。バッテリーパックは単に電力を保持するだけではありません。あらゆる新エネルギー車（NEV）の中核を成すものです。従来のガソリンタンクとは異なり、この構造は機械的なサポートを担い、天候から保護し、熱を管理し、電気系統を安全に保ちます。また、次のような厳しい自動車規制にも適合する必要があります。 ISO 26262 機能安全と GB 38900 NEV（新エネルギー車）の安全性のために。
現在、自動車メーカーは航続距離への不安、安全性のリスク、そして高コストという3つの大きな課題に直面しています。優れた構造設計はこれらの問題を解決します。スペースを節約することでより多くのバッテリーセルを搭載でき、熱を効率的に管理することで火災を防ぎ、軽量化によって走行距離を伸ばすことができます。
2. バッテリーパック構造設計の基本原則
バッテリー設計者は、バッテリーパックが車に適合し、正しく動作するように、主に5つのルールを守っています。
- 安全第一： フレームは、衝突、圧迫、激しい振動に耐えられるように設計されています。漏水や火災を防ぎ、短絡を防ぐために電気系統を遮断する必要があります。
- 適応しやすい： 設計は、様々なシャーシ形状（床下、トランク内など）や様々なセルタイプに対応できる必要がある。また、車両重量のバランスも考慮しなければならない。
- 非常に信頼性が高い： 車のバッテリーは長持ちする必要がある 8歳から10歳、 または 15万～20万キロメートル. フレームは錆び、振動による損傷、経年劣化に耐えなければならない。
- 軽量： アルミニウムなどの軽量素材と巧みな形状を採用することで、バッテリーパックの重量を軽減しています。これにより、車の消費電力を抑えることができます。
- 組み立てが簡単： 工場では、これらのパッケージを迅速かつ安価にプレス加工、溶接、組み立てる必要がある。また、設計においては、修理やリサイクルが容易であることも求められる。
3. 自動車用バッテリーパックの主要構造部品
電気自動車のバッテリーパックは、連携して動作する5つの主要部品で構成されています。
3.1 添付書類
これは外殻です。モジュールを所定の位置に保持し、水の侵入を防ぎ、衝突時の衝撃を吸収します。下部ハウジングは主に押し出し成形またはダイキャストアルミニウム（ Al6061 または Al7075摩擦攪拌溶接（FSW）を使用して溶接されています。上部カバーには薄いアルミニウムまたは SMC（シートモールディングコンパウンド） プラスチック製。衝突時の衝撃に対応するため金属製の補強材を追加し、メンテナンス用の排水穴も設けています。
3.2 バッテリーモジュール
モジュールとは、複数のバッテリーセルを配線で接続したものです。形状によって、搭載できるエネルギー量やバッテリーの冷却性能が変わります。
| モジュールタイプ | 構造的特徴 | 工学応用 | 利点 | デメリット |
| プリズム | 正方形のセルが整然と並べられ、端板／側板で固定され、バスバーで接続されている。 | 乗用車、PHEV（主流の選択肢）。 | 高エネルギー密度、優れた空間利用効率、容易な組み立て。 | 放熱の均一性が低いため、高いセル一貫性が求められる。 |
| 円筒形 | ハニカム状の配置で、ブラケットまたは結束ベルトで固定する。 | 高性能電気自動車、商用車。 | 優れた放熱性、高い構造安定性、成熟した製造プロセス。 | スペース利用率の低下、構造の重量増加、組み立ての複雑化。 |
| ポーチ | 柔軟なパウチセルを積み重ねたり、単層に配置したりして、包装材で固定する。 | 高級乗用車、厳しいスペース制限のある電気自動車。 | 超薄型設計、最高のエネルギー密度、優れた柔軟性。 | 機械的強度が低く、膨張しやすく、高い密閉性が求められる。 |
3.3 熱管理システム
バッテリーは 20℃と40℃. 温度が高すぎると、劣化が早まったり、発火したりする。温度が低すぎると、航続距離が短くなる。そのため、液冷が標準的な選択肢となっている。当社では、モジュールの下または横にマイクロチャネル冷却プレートを設置している。車両制御ユニット（VCU）が冷却液をこれらのプレートに循環させることで、熱を調節する。
3.4 電気系統
これは脳の役割を果たします。 バッテリー管理システム（BMS） 充電状態（SOC）とバッテリーの状態（SOH）を監視します。過充電や過熱を防ぎます。高電圧配電ユニット（PDU）は、ショートが発生した場合にヒューズを使用して瞬時に電源を遮断します。
3.5 シーリングシステム
水や埃を防いで、 IP67 標準仕様です。耐熱性の高いシリコーンまたはポリウレタン製のシーラントに加え、上下のシェルが接合する部分にはEPDMゴム製のOリングを使用しています。
4. 構造設計における主要なエンジニアリング戦略
4.1 減量
アルミニウムリチウム（Al-Li）合金を使用することで軽量化を実現しています。 10～15％ 強度をさらに高める 20% 下部ハウジングの場合、フレームに不要な金属部分を削り取るためにコンピューターモデルも使用します。サポートリブだけを削り取るだけで、シェル重量を8%削減できます。
4.2 衝突安全性
GB 38900-2020規格に適合させるため、側面に衝撃吸収ゾーンを設けています。内部では、セル損傷を防ぐため、モジュールを特殊な発泡材で包んでいます。万が一衝突が発生した場合は、BMSが直ちに高電圧を遮断し、感電を防ぎます。
4.3 冷却性能の向上
私たちは小さなものを使用しています 2～5mm 冷却プレート内部のチャネルは蛇行状に配置されています。これにより、細胞間の温度差が一定に保たれます。 ≤5℃. 熱伝導を促進するために、熱伝導グリスも塗布します。
4.4 密閉シール
金属板の接合部には段差を設けています。ロボットがシーラントを塗布して気泡が入らないようにし、金属表面には陽極酸化処理を施して接着剤の密着性を高めています。
5. 性能分析とエンジニアリング検証
パックを製造する前に、コンピューターモデル（ANSYSやAbaqusなど）や物理的な実験室を用いて、徹底的なテストを行います。
5.1 機械的試験
- 衝突： 正面、側面、背面から衝突させる。金属製のシェルはほんの少ししか曲がらない（5mm未満内部ショートを止めるため。
- 打ち砕く： パックは圧縮荷重に耐えなければならない ≥100kN 漏れなく。ダイキャストアルミニウムを使用することで、この耐性を30%向上させることができます。
- 振動： 我々はそれらをリグ上で振る 10～2000Hz で 1～3g 生涯にわたる運転経験を再現するために、1000時間以上を費やした。
5.2 耐熱試験
パックの温度が20～40℃に保たれるようにしています。 60℃ 外では、細胞は下に留まらなければならない 55℃. 凍えるような寒さの中 -20℃ 天候、パックは暖まる必要がある 15℃ わずか30分で。優れた液冷技術が発揮される。 85%以上 熱除去効率、 3%以下 車のエネルギーの。
5.3 安全点検
断熱材をチェックします（ ≥100MΩ) セルに針を刺し、過充電することで、火災が封じ込められ、延焼しないようにします。
5.4 バッテリーの化学的性質チェック
私たちは少なくとも ≥300Wh/L そして ≥150Wh/kg エネルギー密度の。バッテリーは、充電後80%の充電を保持する必要があります。 1000サイクル以上. 充電効率は 90%以上 25℃で 70%以上 -10℃で。
6. エンジニアリング事例研究：純粋なEVバッテリーパックの最適化
ダウウェイ・ビークルで最近完了したプロジェクトについてご紹介したいと思います。当社が扱っていた乗用EVのバッテリーパックは、重すぎ、冷却性能が悪く、液漏れも発生していました。
まず、スチール製の底部を鋳造アルミニウムに交換し、上部にはSMC複合材を使用しました。金属製のリブに巧妙なコンピューター調整を施した結果、重量は 12%（280kgから246kgへ）これにより、車の航続距離が8%向上する。
次に、平らな冷却プレートをマイクロチャネルのものに交換しました。セルの温度差は縮小し、 8℃～4℃冷却性能は20%向上し、最高温度は45℃以下に抑えられた。
最後に、ロボットで塗布したシリコンを使用して漏れを修復し、パックをアップグレードしました。 IP65～IP67. 衝突試験では、シェルはわずか4mmしか曲がらず、電源は遮断されました。 ≤50ms. このパックは全てのテストに合格し、現在量産体制に入っている。
7. 構造設計の将来動向
今後、メーカーはスペースを節約するために、CTP（セル・トゥ・パック）やCTC（セル・トゥ・シャーシ）設計をより多く採用するようになるでしょう。自動車はビッグデータとAIを活用して運転方法を学習し、バッテリーの熱管理を改善します。カーボンファイバーやアルミニウムリチウムなどの素材は価格が下がり、従来の金属に取って代わるでしょう。また、当社は最初からリサイクルしやすいようにバッテリーパックを設計していきます。
8．よくある質問（FAQ）
Q1：バッテリーパックの構造は、車両衝突時の安全性をどのように確保するのでしょうか？
簡潔な回答： 衝突エネルギーを吸収し、金属片がバッテリーセルを貫通するのを防ぐ。
詳細な回答： 衝突安全性は設計における重要な目標です。激しい衝突では、金属が曲がってバッテリーセルが破損し、火災が発生する可能性があります。エンジニアは、頑丈なサイドシルビームと、意図的に潰れるように設計されたクラッシュゾーンを追加することで、この問題を解決しています。当社では、実際の車両を製造する前に、有限要素解析（FEA）を用いてコンピュータモデルを作成し、側面や底面からの衝撃をシミュレーションします。これにより、衝撃力がバッテリーの危険な部分に集中するのを防ぎます。
Q2：バッテリーパックの構造は、強度を損なうことなく軽量化を実現するにはどうすればよいですか？
簡潔な回答： エンジニアは、アルミニウム合金などの軽量素材や高度なコンピューター設計を用いて、余分な重量を削減している。
詳細な回答： バッテリーは車両全体の重量の18%から30%を占めるため、航続距離に悪影響を与えます。この問題を解決するために、重い鋼鉄の代わりにアルミニウム・リチウム合金やカーボンファイバーを使用しています。また、トポロジー最適化というコンピューター解析手法を用いて、金属をどこまで厚くする必要があり、どこを削ればよいかを正確に把握します。これにより、フレームの剛性と安全性を維持しながら軽量化を実現しています。
Q3：バッテリーパックの構造設計に熱管理をどのように組み込むことができますか？
簡潔な回答： 冷却プレートと流体流路は、バッテリーフレームのセル下部に直接組み込まれています。
詳細な回答： バッテリーは大量の熱を発生します。過熱すると、故障したり発火したりする可能性があります。最新の設計では、液体冷却プレートをバッテリーパック内部に直接配置しています。これらのプレートには微細な溝が設けられています。また、バッテリーセルと冷却プレートを接続するために熱伝導グリスを使用しています。これにより、パック全体を安全で均一な温度に保つことができます。
Q4：バッテリーパックは車両構造にどのように組み込むべきでしょうか？
簡潔な回答： 最近の車では、スペースを節約するためにバッテリーセルを車体本体に直接組み込んでいる。
詳細な回答： 従来のEVでは、セルを小型モジュールに詰め込み、それを大きな箱に収め、車体に取り付けていました。最新のCTP（セル・トゥ・パック）設計では、小型モジュールは不要です。さらに最新のCTC（セル・トゥ・シャシー）設計では、大きな箱自体をなくし、セルを車体の床に直接組み込みます。これにより軽量化と高出力化が実現しますが、故障時の修理が難しくなります。
Q5：エンジニアはどのようにしてバッテリーパックの構造的信頼性を分析および検証できますか？
簡潔な回答： 物理的な試験装置を製作する前に、応力と熱に関するコンピュータシミュレーションを実行します。
詳細な回答： 自動車用バッテリーは、路面の凹凸、急ブレーキ、天候などによって大きな負担を受けます。金属をプレス加工する前に、コンピュータ支援エンジニアリング（CAE）ツールを使用します。応力と曲げ（有限要素解析）、振動や異音のテスト（モーダル解析）、そして長年の走行シミュレーション（疲労解析）を行います。これにより、高価な実物プロトタイプに費用をかける前に、設計が正しく機能することを証明できます。
