船舶用リチウムイオン電池における黒鉛シート（高熱伝導黒鉛フィルム・柔軟膨張黒鉛シート）の役割とは？

船舶の設計耐用年数は20～30年と自動車に比べてはるかに長いのが特徴です。密閉されたキャビン内で継続的に高湿度で塩霧の多い環境で動作すると、熱管理のわずかな見落としが致命的な熱暴走につながる可能性があります。また、製品は、船舶ごとの監査と生涯責任要件を伴う、さまざまな国の船級協会が発行する厳格な認証に合格する必要があります。 Sunwoda 氏は、「海洋および自動車用途のバッテリー要件と規制枠組みは、ほぼ 2 つの完全に別個のシステムです」と率直に述べています。大手企業は、カスタム構築の BMS、液冷熱管理、および複数のシナリオへの適応性における差別化された製品を通じて競争しています。

費用対効果は依然として大きな障壁です。電気船は燃料船に比べて建造コストが約 30% 高くなります。船舶用リチウムイオン電池の単価は車載用電池の約2倍です。完全電動の貨物船には数千kWhの容量のバッテリーが装備される場合があり、バッテリーは船舶の総建造コストの3分の1以上を占める場合があります。 CATL は、世界 5 つの主要海級船級協会の認証を取得し、冗長設計を採用した「デュアル分岐ボックス型電源」ソリューションにより、湿気が多く塩霧が多い条件下での長期的な安全性の課題に対処します。また、「船舶電源分離プラスバッテリーバンク」コンセプトにより、船主の先行投資の敷居を下げます。

グラファイト シートは主に海洋バッテリー内の 4 つの位置に適用されます。

1. バッテリーセルと液冷コールドプレートの間: 液冷プレートと接触する前に、グラファイトシートがパウチ/角形セルの底面に接着されます。

2. バッテリーモジュール内のセル間: 横方向の温度を均一にするために、セルの側壁の間にグラファイトシートが挿入されます。

3. バッテリーモジュールとエンクロージャーハウジングの内壁の間: 大面積のグラファイト熱拡散層が、モジュールで発生した熱をエンクロージャーハウジング全体に拡散します。

4. BMS ユニットおよび高電圧銅母線の周囲: 高出力電気コンポーネントの補助放熱。

グラファイト シートは、海洋グレードのバッテリーに 4 つの主要な機能を提供します。

1. システム全体の温度均一化により、局所的なホットスポットを抑制し、壊滅的な熱暴走を防ぎます (最も重要)。

船舶用バッテリーキャビネットは、最大数千kWhという非常に高い単一ユニット容量を誇ります。局所的なホットスポットは、高レートの充電放電サイクルや波による振動下で容易に発生します。密閉されたキャビン内では熱の放散が不十分です。温度差が大きくなると、カスケード熱暴走が引き起こされる可能性があります。

グラファイトシートは高い面内熱伝導率（300～450 W/m・K）を実現し、アルミニウムを大幅に上回ります。個々のセルから局所的な熱を迅速に放散し、海洋船級協会の要求に従ってモジュール全体の温度差を 3 ～ 5 °C 以下に制限します。セルからの熱は液冷コールドプレートに均一に導かれ、部分セルの長期高温による劣化の促進を防ぎ、船舶の20～30年の耐用年数要件を満たします。

2. 長期の振動と公差ドリフトに対する耐性を備えたサーマルインターフェースギャップ充填。

継続的な容器の揺れや振動により、モジュールコンポーネントに長期にわたるクリープが発生し、部品の経年変化に伴って厚さの公差が徐々に変動します。金属製のコールドプレートやセルシェルの表面には微細な突起や隙間が存在し、閉じ込められた空気が断熱材の役割を果たします。

柔軟なグラファイトは、微小な隙間を埋め、界面の熱抵抗を低減するための穏やかな圧縮性と弾力性を備えています。シリコーンパッドと比較して、グラファイトシートは優れた耐老化性と抗圧縮クリープ性能を備えています。 20 ～ 30 年の長期使用に適しており、経年劣化によるオイルの滲みや進行性の熱抵抗の上昇など、シリコーンに関連する一般的な故障モードを回避します。

3. 高湿度および塩霧の海洋環境における化学的安定性。

密閉されたマリンボックスタイプのバッテリーエンクロージャーを使用しても、キャビンは依然として高湿度を維持し、微量の塩霧が浸透します。

高純度の柔軟なグラファイトは、強力な化学的不活性を特徴としており、塩化物イオンによる塩霧腐食に耐性があります。海洋の湿気の多い条件下でも劣化せず、内部の銅バスバーや BMS 回路基板を汚染する可能性のある腐食性小分子物質を放出しません。

4. 軽量で、ボックス型電源および「バッテリーバンク」モデルと互換性があります。

船舶搭載機器は重量に非常に敏感です。 「船舶電源分離プラスバッテリーバンク」フレームワークの下では、バッテリーキャビネットは吊り上げと交換用に設計されているため、キャビネットあたりの重量は制御可能でなければなりません。

グラファイト シートは、銅やアルミニウムのヒート スプレッダよりもはるかに密度が低く、過度の重量を加えることなく大面積の温度均一化を実現します。標準化されたボックスタイプのバッテリーモジュールに合わせてカスタム寸法に打ち抜くことができます。複数のキャビネットを並列して、大規模なエネルギー貯蔵用のバッテリーバンクを構築できます。