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電気自動車2025-2035年の熱管理：材料、市場、技術Thermal Management for Electric Vehicles 2025-2035: Materials, Markets, and Technologies 市場の初期のトレンドは、バッテリーパックへのアクティブ冷却の採用が中心であったが、現在ではこれが業界標準となっている。しかし、EVのバッテリー、モーター、パワーエレクトロニクスは進化を続けており、... もっと見る
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サマリー
市場の初期のトレンドは、バッテリーパックへのアクティブ冷却の採用が中心であったが、現在ではこれが業界標準となっている。しかし、EVのバッテリー、モーター、パワーエレクトロニクスは進化を続けており、セル・ツー・パック設計、直接油冷式モーター、炭化ケイ素パワーエレクトロニクスの開発は、熱管理戦略に影響を与える重要なトレンドのほんの一部に過ぎません。熱アーキテクチャがより統合され、差し迫った規制が将来の冷媒選択に影響を与える中、これらのすべてがキャビンの熱管理とどのように相互作用するかが同様に重要である。
IDTechExの本レポートは、EV市場とOEMとそのサプライヤーが採用している熱管理戦略を分析し、将来を見据えて、主要なEV技術動向が電気自動車のバッテリー、モーター、パワーエレクトロニクス、車室内の熱管理手法にどのような影響を与えるかを考察している。これらの情報は、EV業界全体の一次情報源および二次情報源から入手したものである。本調査では、IDTechExの広範な電気自動車データベースも利用している。このデータベースには、2015年から2023年までの販売台数とともに、バッテリー容量、バッテリー熱戦略、モーター出力、モーター冷却戦略などの技術仕様が掲載されており、650以上のモデルバリエーションから構成されている。EVのバッテリー、モーター、インバーターの既存の熱管理戦略（空気、油、水、浸漬）と使用流体（水-グリコール、油、浸漬）の市場シェアと2035年までの市場予測も掲載しています。
進化する熱アーキテクチャと冷却剤
ドライブトレインのコンポーネントとキャビンの熱管理がどのように相互作用するかが重要である。市場は、ヒートポンプや統合型熱管理モジュールなど、より高度な統合へと移行している。一部のOEMは、システム全体の効率を向上させ、サプライチェーンを短縮するために、熱管理とコンポーネントの開発を社内で行っています。本レポートでは、EVの熱アーキテクチャの例と、主要な熱管理コンポーネント（高電圧クーラントヒーター、コンデンサー、ポンプ、統合モジュールなど）に関する主な市場発表を紹介する。また、主要なTier1サーマルシステムサプライヤーとその規模についても概観している。
EVの運転には、冷媒、オイル、水-グリコールを含む多くの流体が必要である。これらの流体は、電気伝導率の低下、銅の腐食性能、その他の特性など、EVにおける新たな要件を満たすために進化している。規制要因は、冷媒とR134a、R1234yf、R744、R290の選択に影響を与える。本レポートでは、水-グリコール、冷媒、オイル、浸漬液の2035年までの予測とともに、EVの冷却剤と冷媒の容量を分析しています。
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冷却剤によるアクティブ冷却は、EVバッテリーの熱管理の業界標準です。出典：IDTechEx
バッテリー：セル・ツー・パック、熱インターフェース材料、防火、浸漬
エネルギー密度の向上とコスト削減を目指す動きは、セル・ツー・パックまたはセル・ツー・ボディ/シャーシ設計につながっています。セル・ツー・パックはモジュール・ハウジングをなくし、セルを直接積み重ねる。BYD、テスラ、CATLなどの設計が実用化されており、今後もさらに増える見込みである。本レポートでは、IDTechExがこのトレンドが熱管理にどのような影響を与えるかを考察する。
大きな変化のひとつは、サーマルインターフェース材料（TIM）の適用であり、多くの既存設計で見られる典型的なギャップフィラーではなく、構造的な接続を行うための熱伝導性接着剤の採用を後押ししている。本レポートでは、2035年までのEVバッテリー向けTIM需要を、ギャップパッド、ギャップフィラー、熱伝導性接着剤に分けて、質量と売上高で予測している。
多くの材料サプライヤーは、防火を含む複数の機能を提供するように材料を調整している。これにより、パックのエネルギー密度に大きな影響を与えることなく、防火機能を持たせることができる。これには、圧縮、断熱、防火を提供するセル間材料が含まれる。本レポートでは、2035年までの総予測とともに材料オプションの概要を示す。細分化された材料予測と防火に関する深堀りについては、IDTechExのEV用防火材料レポートをご覧ください。
液浸冷却は、より高い熱均一性により、充電の高速化や安全性の向上といったメリットを提案し、EV市場で関心を集めているトピックである。この技術は自動車の商業化という点ではまだ初期段階にあるが、オフロード市場では大きな牽引力となっている。本レポートでは、液浸冷却技術について深く掘り下げ、流体とサプライヤーのベンチマーク、市場発表とパートナーシップ、自動車、建設、農業、鉱業市場におけるEV用流体量の予測を掲載しています。
モーター
電気モーターでは、ローターに使用される磁石とステーターに使用される巻線は、損傷や非効率的な動作を避けるために最適な動作温度に保たれなければならない。EVに搭載される電気モーターの熱管理は、モーター周囲に水-グリコールをジャケットとして使用するのが標準的な方法であった。しかし、近年はモーターを直接油冷することで熱性能を向上させ、場合によっては冷却ジャケットをなくしてモーター全体のサイズを小さくする方法が多く採用されている。油冷は2022年前半にEVモーターの冷却の主流となったが、水冷ジャケットがなくなるわけではなく、油冷と併用されることが多く、水-グリコール冷媒は通常、油から熱を除去するために使用され、自動車の熱管理戦略全体と統合するために使用することができる。IDTechExは、空冷、油冷、水グリコール冷却の使用別に区分した電気モーターの2015～2035年の予測を提供している。
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油冷はモーターの熱管理戦略の主流となっている。出典 IDTechEx
パワーエレクトロニクス
SiCの採用は、EVパワーエレクトロニクスの最大のトレンドであり、正当な理由がある。これはパワーエレクトロニクスパッケージの構造に影響を与えている。TIM、ワイヤーボンディング、ダイ・アタッチ、基板材料などの開発は、主にパッケージの信頼性を向上させる目的で行われている。本レポートでは、これらのトレンドと採用の背景となる要因について分析している。
インバーター IGBT または SiC MOSFET モジュールの冷却には、水-グリコールが主流である。しかし、片面冷却と両面冷却の両方が使用されており、それぞれに利点があります。また、モーターとインバーターに同じオイルを使用することで、電気駆動ユニット内の水グリコールコンポーネントの多くを排除するため、パワーエレクトロニクスの冷却にオイルを使用することへの関心が高まっています。現在の市場ではこのアプローチは採用されていないが、IDTechExはこのアプローチに将来性があると見ており、空冷、水冷、または油冷を使用するEV用インバーターの10年予測を示している。
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進化するパワーエレクトロニクス設計は、いくつかの材料部品にチャンスをもたらす。出典 IDTechEx
主要な側面
リチウムイオン電池、電気モーター、パワーエレクトロニクスの熱管理に関する分析：
10年間の市場予測と分析
1、2035年までの防火材料予測：セル間およびパックレベル保護別
2、2015～2023年の中国、欧州、米国の自動車用空冷、油冷、水冷電気モーター
3、2035年までの自動車用空冷・油冷・水冷電気モーター予測
4、空冷・油冷・水冷式電気自動車用インバーターの2035年までの予測。
目次
Summary
この調査レポートは、EV市場とOEMとそのサプライヤーが採用している熱管理戦略を分析し、将来を見据えて、主要なEV技術動向が電気自動車のバッテリー、モーター、パワーエレクトロニクス、車室内の熱管理手法にどのような影響を与えるかについて詳細に調査・分析しています。
主な掲載内容（目次より抜粋）
Report Summary
Early trends in the market largely revolved around the adoption of active cooling for the battery pack, now this is the industry standard. However, batteries, motors, and power electronics in EVs continue to evolve with developments of cell-to-pack designs, directly oil-cooled motors, and silicon carbide power electronics being just a few of the key trends that will impact thermal management strategies. How this all interacts with the cabin thermal management is equally important with thermal architectures becoming more integrated and impending regulations impacting future refrigerant choices.
This report from IDTechEx analyses the EV market and the thermal management strategies adopted by OEMs and their suppliers, with a look to the future and how key EV technology trends will impact these methods for electric vehicle batteries, motors, power electronics, and cabin thermal management. This information is obtained from primary and secondary sources across the EV industry. The research also utilizes IDTechEx's extensive electric car database that consists of over 650 model variants with their sales figures for 2015-2023 plus technical specifications such as battery capacity, battery thermal strategy, motor power, motor cooling strategy, and many others. Market shares are given for existing thermal management strategies (air, oil, water, immersion) and fluids used (water-glycol, oil, immersion), for the battery, motor, and inverter in EVs along with market forecasts to 2035.
Evolving Thermal Architecture and Coolants
How the thermal management of the drivetrain components and cabin all interact is critical. The market is moving to greater levels of integration, with heat pumps and integrated thermal management modules. Some OEMs are taking thermal management and components development in-house to improve overall system efficiency and shorten the supply chain. This report takes a look at examples of EV thermal architectures and some key market announcements for key thermal management components (high voltage coolant heaters, condensers, pumps, integrated modules, etc.). The report also gives an overview of the key tier 1 thermal system suppliers and their size.
A host of fluids including refrigerants, oils, and water-glycol are required for the operation of an EV. These fluids are evolving to meet new requirements in EVs such as lower electrical conductivity, copper corrosion performance, and other properties. Regulatory factors will impact refrigerants and the choice between R134a, R1234yf, R744, and R290. This report provides an analysis of the coolant and refrigerant capacities in EVs with forecasts to 2035 for water-glycol, refrigerant, oils, and immersion fluids.
Active cooling with coolants is the industry standard for EV battery thermal management. Source: IDTechEx
Battery: cell-to-pack, thermal interface materials, fire protection, and immersion
The move towards increasing energy density and reducing costs has led to cell-to-pack or cell-to-body/chassis designs. Cell-to-pack eliminates module housings, stacking the cells directly together. Designs from BYD, Tesla, CATL, and others have made it onto the road, with more expected. In this report, IDTechEx considers how this trend will impact thermal management.
One major change is the application of thermal interface materials (TIMs), pushing in favor of thermally conductive adhesives to make a structural connection rather than the typical gap filler seen in many existing designs. This report forecasts TIM demand for EV batteries to 2035 in terms of mass and revenue, segmented by gap pad, gap filler, and thermally conductive adhesive.
Many material suppliers are tailoring their materials to provide multiple functions, including fire protection. This enables fire protection to be included without severely impacting the energy density of the pack. These include inter-cell materials that provide compression, thermal insulation, and fire protection. This report gives an overview of the material options with a total forecast to 2035. For a segmented material forecast and a deeper dive into fire protection, please see the Fire Protection Materials for EVs report by IDTechEx.
Immersion cooling is a topic that retains interest in the EV market with greater thermal homogeneity proposing benefits such as faster charging and increased safety. The technology is still at an early stage in terms of automotive commercialization but has seen greater traction in off-road markets. This report takes a deep dive into immersion cooling technology, with benchmarking of fluids and suppliers, market announcements and partnerships, and fluid volume forecasts for EVs in automotive, construction, agriculture, and mining markets.
Motors
For electric motors, the magnets used in the rotor and the windings used in the stator must be kept in an optimal operating temperature window to avoid damage or inefficient operation. Water-glycol used in a jacket around the motor has been the standard thermal management strategy for electric motors in EVs. However, recent years have seen much greater adoption of directly oil cooling the motor to provide better thermal performance, and in some cases, eliminate the cooling jacket, reducing the overall motor size. Oil cooling became the dominant form of cooling for EV motors in the first half of 2022, but that's not to say that water-jackets are going away, they are often used in conjunction with oil cooling, and water-glycol coolant is typically used to remove heat from the oil and can be used to integrate with the vehicles thermal management strategy as a whole. IDTechEx provides forecasts from 2015-2035 for electric motors segmented by the use of air, oil, or water-glycol cooling.
Oil cooling has become the dominant motor thermal management strategy. Source: IDTechEx
Power Electronics
The adoption of SiC is the largest trend in the news for EV power electronics and with good justification. This has had an impact on the construction of power electronics packages. Developments are happening for TIMs, wire bonding, die-attach, and substrate materials, largely with the goal of improving package reliability. The report provides analysis of these trends and the drivers behind adoption.
Inverter IGBT or SiC MOSFET modules are mostly cooled using water-glycol. However, both single-side and double-sided cooling options are used, each with its own benefits. There has also been an increased interest in using oil to cool power electronics to eliminate much of the water-glycol componentry within the electric drive unit, using the same oil for the motors and inverter. Whilst there has not been adoption of this approach in the current market, IDTechEx sees promise for this approach and includes a 10-year forecast for EV inverters using air, water, or oil cooling.
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Evolving power electronics design presents opportunities in several material components. Source: IDTechEx
Key Aspects
Analysis of thermal management for Li-ion batteries, electric traction motors, and power electronics:
10 Year Market Forecasts & Analysis:
1, Fire protection materials forecast to 2035 by inter-cell and pack-level protection
2, Air, oil, and water cooled electric motors for cars in China, Europe, and the US for 2015-2023.
3, Air, oil, and water cooled electric motors for cars forecast to 2035.
4, Air, oil, and water cooled electric car inverters forecast to 2035.
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