サーミスタは、新エネルギー車およびエネルギー貯蔵アプリケーションの開発を促進します

サーミスタは、重要な温度検知デバイスとして、新エネルギー車やエネルギー貯蔵システムにおいて重要な役割を果たしています。新エネルギー技術の急速な発展に伴い、バッテリーシステムの安全性、安定性、および効率的な動作に対する需要が増加しています。高精度で迅速な応答特性を持つサーミスタは、システム内の温度変化を効果的に監視および制御し、バッテリーパックが最適動作範囲内で動作することを確保することにより、バッテリー寿命を延ばし、システム全体の信頼性を向上させます。本記事では、新エネルギー車およびエネルギー貯蔵用途におけるサーミスタの重要性と、Murataが紹介するサーミスタの製品特性について探ります。

新エネルギー車（NEV）は現在の自動車産業における推進力となっており、世界中で生産および販売の勢いをリードしています。例えば中国では、グリーンで低炭素な転換が着実に進行しており、エネルギー生産および消費の構造が継続的に最適化されています。中国の新エネルギー産業の急速な成長は、進行中の技術革新と発展した産業チェーンシステムによって推進されています。その中でも、NEVの生産は前年比で急速な成長を遂げており、充電ステーションや自動車用リチウムイオン電池などの関連製品も急成長しています。さらに、太陽光発電産業チェーンも力強い成長を見せており、ポリシリコン、単結晶シリコン、ソーラーエネルギー用途向けの超透明ガラスなど、主要な材料の生産が大幅に増加しています。   統計によると、電気自動車用リチウムイオン電池パックの年間総需要は、2023年の約600 GWhから2025年には約1,000 GWh、2029年には約1,600 GWhに増加する見込みです。市場をリードする中国は、電池製造能力を急速に増強しています。2023年には、中国の電池生産能力は約1,200 GWhで、発表によればこの能力は2025年までに3,000 GWhを超え、2030年には4,500 GWhを超えると予想されています。   この状況は、電池生産能力の増加によりメーカーの価格低下の可能性など、いくつかの重要な影響を及ぼしています。2023年までに電池パックの平均価格はすでに10-15%減少しており、CATLは今年、電池を1kWhあたり60ドル未満で販売する計画を立てており、電池価格が引き続き低下することが期待されています。さらに、BYDやCATLといった中国企業は、研究開発に大きく投資し、新しく改良された製品を次々に発表しており、バッテリー業界への新規参入者にとって課題が増えています。

フォトボルタイックおよびエネルギー貯蔵システムにおけるサーミスタの需要は非常に高いです。サーミスタは、バッテリーマネジメントシステム（BMS）、電力変換システム、フォトボルタイックオプティマイザー、フォトボルタイックインバーターにおいて重要な温度センサーおよび制御の役割を果たします。全体的なエネルギー貯蔵システムに必要なサーミスタの数量は機器の規模に依存し、5MWhキャビンあたり最大5,000個が必要となる場合があります。一方、新エネルギー車（NEV）におけるサーミスタの需要も重要です。NEVは通常約150個のサーミスタを必要とし、バッテリーパックがサーミスタの主な適用箇所です。AFE（アナログフロントエンド）側で通常、バッテリセルの温度測定用にNTC（負温度係数）サーミスタインターフェースが確保されます。   自動車BMSボードIC保護のための温度検知要件を例に取ると、サーミスタは分流抵抗の温度を検知するために使用されます。バッテリーモジュールの電流検知に分流抵抗方式を採用する場合、周囲温度が電流検知に与える影響を補正するために、サーミスタが分流抵抗の温度を監視する必要があります。さらに、平衡抵抗の温度を監視するためにもサーミスタが使用されます。パッシブバランシングでは、平衡抵抗はバッテリーモジュールやセル間の電荷と電圧をバランスさせるために過剰なエネルギーを消散します。また、サーミスタは自動車用バッテリーセルの温度を検知する際に非常に重要な役割を果たします。目的は、セルの温度変化を監視することで熱暴走の発生を検知することです。また、SOHのバッテリー寿命やSOCのバッテリー出力を計算するためにも使用されます。   エネルギー貯蔵システム（ESS）アプリケーション、特にESSバッテリーパックにおいて、主流市場では柔軟プリント回路（FPC）または柔軟ダイカット回路（FDC）とSMD（表面実装デバイス）NTCサーミスタの組み合わせが温度測定に活用されます。これらのシステムにおけるNTCサーミスタの機能は、温度監視と補正です。BMSボード上では、サーミスタはECU、MOSFET、電気接続、および周囲環境の温度を監視します。バッテリセルでは、NTCサーミスタはセル温度を監視して過熱を防いだり、効率を調整するための温度補正を提供したりします。通常、BMSボードには複数のNTCサーミスタが使用され、NTCサーミスタとバッテリセルの比率は1:1から1:4まであり、最も一般的なのは1:2です。ESS BMSバッテリーパックには通常約100個のバッテリセルが統合されており、ESS BMSバッテリーパックには約50個のNTCサーミスタが使用されます。   ESS BMSバッテリーパックにおいて、リードタイプのサーミスタを使用することで、追加の構造的サポート（ケーブルタイプ）と高い防水性と耐振動性が提供されます。しかしながら、長年の使用により、ケーブルのプラスチック部品が劣化し、腐食の原因となる場合があり、ユニットコストや組み立て労働コストは相対的に高くなります。もしFPCとSMDタイプのサーミスタを組み合わせて使用する場合、このデザインはリードタイプよりも高い統合性、低いコスト（組み立て労働およびNTCのユニット価値の両方）、およびより簡単なメンテナンスを提供します。しかしながら、追加のFPCラミネートプロセスと品質管理が必要です。   フォトボルタイックおよびESS製品のアプリケーションにおいて、機器は通常厳しい屋外環境下に設置され、昼夜の温度変化ショックや高濃度の硫化水素（H2S）と沿岸地域の塩浸食にさらされます。保守や点検の際、キャビンドアの開閉によって外部ガスがキャビン内に侵入し、電子デバイスが腐食したり、温度変化による結露を引き起こしたりする可能性があります。製品の保証期間は通常5〜10年で、設計寿命は15〜25年となるため、長期的な信頼性が必須です。NTCサーミスタは重要な温度検知デバイスとして対応する高い信頼性が求められます。その中でもMurataのNTCサーミスタは市場で広く認識されている信頼性の高いソリューションとして適しています。

村田製作所のNCUシリーズNTCサーミスタはSMDタイプで、温度検知に適しており、高い信頼性を提供します。NCUシリーズは村田製作所のサーミスタ製品ラインアップのメインであり、広い温度範囲にわたる温度検知および温度補償機能を備えているため、自動車市場のように高い信頼性が求められる用途に適しています。   NCGシリーズのNTCサーミスタSMDタイプは、温度検知（導電性接着剤に対応可能）に使用されます。NCGシリーズは、さまざまな温度検知および補償用途に適したSMDタイプの温度センサーです。また、高い信頼性が求められる自動車用途にも適しています。NCGシリーズは導電性接着剤による実装に限定されており、はんだ実装には対応していません。

村田製作所のPTCサーミスタ（POSISTOR）は、温度が上昇すると抵抗が増加する特性を持つ素子で、温度検出や回路電流制限などの用途に使用できます。村田製作所のPOSISTOR PTCサーミスタは、優れた信頼性と性能を持つセラミック材料で作られており、過電流保護や過熱保護などのさまざまな用途向けに設計された製品を含みます。   PRFシリーズのPTCサーミスタは、SMDタイプで、過熱検出に使用できます。温度検出用のSMDタイプPTCサーミスタは、特定の温度で急激に抵抗が増加する特性を利用しており、FET、パワーIC、およびその他の発熱部品の過熱検出に適しています。PRFシリーズは急激な電気インピーダンス変化の特性を活用しており、PTCを直列接続した複数の発熱ポイントを含む簡易回路でも、高精度な過熱検出が可能です。そのため、PRFシリーズはICポートの数を削減し、装置の小型化に貢献します。   PRGシリーズのPTCサーミスタは、SMDタイプで、過負荷電流保護に適しています。過電流保護用のSMDタイプPTCサーミスタは、短絡などの過電流状態に迅速に反応し、過負荷状態を解消し、機器を繰り返し初期状態に自動復旧させます。セラミック材料を使用しているため高い信頼性があり、短絡故障が発生してから保護を行うまでの応答時間が短く、機械的メンテナンス不要な運用と安全性の向上を実現します。また、同様の特性を持つ有機PTCやチップ抵抗と比較して、高電圧耐性と大きな電力容量により製品の小型化が可能で、機器のコンパクト化に貢献します。   PRGシリーズはまた、異常状態が解消された後にリセット可能なヒューズとして機能することができます。そのコンパクトな設計により、PCBの設置スペースを節約し、PCBに設置して電源を入れると安定した特性を維持します。また、高い電力容量により、小型の電流制限抵抗として使用可能で、UL: E137188、VDE、およびTUVなどの安全規格に準拠しています。

サーミスタは、新エネルギー車両およびエネルギー貯蔵アプリケーションにおいて欠かせない役割を果たしています。これらは、バッテリーマネジメントシステムのための重要な温度モニタリングおよび保護機能を提供するだけでなく、システム全体の安全性と効率性の向上にも寄与しています。技術が進歩し続ける中で、サーミスタの精度と信頼性はさらに向上し、新エネルギー技術の継続的な発展に強力なサポートを提供します。村田製作所は、新エネルギー車両およびエネルギー貯蔵アプリケーションの多様な安全性ニーズを満たす包括的なサーミスタ製品ラインを導入しました。