——エチレングリコールベースの冷却剤、IP67保護、熱暴走安全性のための究極の設計
電気自動車のコアシステムにおいて、バッテリーパック冷却液パイプラインのシーリング信頼性は、熱管理効率、システム安全性、そして車両寿命に直接関係しています。スマート電気自動車分野の新勢力として、Xiaomi Autoのバッテリーパック冷却システムはエチレングリコール系冷却液（-40℃～120℃）を採用しており、シーリングリングは化学腐食、温度変化、振動衝撃、熱暴走防止など、様々な課題に対処する必要があります。本稿では、Xiaomi Autoの冷却液パイプラインシーリングリングの技術的核心を、材料科学、構造革新、検証基準、インテリジェント設計の4つの側面から分析します。
1. 過酷な労働環境における技術的課題
課題の次元 特定の要件 業界の問題点
化学的適合性エチレングリコール水溶液に耐性（体積膨潤率<5%）通常のNBRの膨潤>20%、シール不良
広い温度範囲で弾力性を発揮 -40℃の低温でも弾力性を維持、120℃の耐老化性 低温脆化により漏れが発生
ダイナミックシール車両の振動に耐える（20gの加速度、2000Hz）シールリングの微小な摩耗により漏れが発生する
安全保護 熱暴走時の高温に対する短期耐性は150℃以上 材料の分解により冷却剤が飛散する
環境保護 EU REACH規則に準拠し、シリコーンオイルの沈殿はありません。沈殿物はバッテリー管理システムの回路を汚染します。
2. 材料イノベーション：基礎ゴムから複合機能材料まで
1. マトリックス材料の選択の比較
材料タイプ 体積膨張率（70℃×168h） 低温弾性（-40℃） 熱暴走耐性
水素化ニトリル（HNBR）3%～5% 良好（Tg=-40℃）150℃連続30分以下
フッ素ゴム（FKM）1%～3% 不良（Tg=-15℃）180℃連続≤15分
パーフルオロエーテルゴム（FFKM）＜0.5% 中程度（Tg=-25℃）200℃連続≤10分
TPEE+フッ素シリコンコーティング 2%~4% 優秀 (Tg=-55℃) 160℃連続≤5分
Xiaomiソリューション：
主材質：高アクリロニトリルHNBR（アクリロニトリル含有量≥34％）、バランスの取れた耐油性と低温弾性。
機能変更:
ナノ窒化ホウ素（h-BN）充填：熱伝導率を向上（0.45→0.8 W/m·K）、均一な熱放散により局所的な過熱を防止します。
フルオロシリコーン樹脂の表面グラフト化：疎水層（接触角＞110°）を形成し、電気化学的腐食を防止します。
2. 環境保護と安全性の向上
シリコンフリー処方: 沈殿しやすいシリコンオイルの代わりに、ポリエーテル変性可塑剤 (TOTM など) を使用します。
難燃設計：水酸化アルミニウム（Al(OH)₃）難燃剤を追加、酸素指数 > 32%（UL94 V-0）。
III. 構造設計：シーリングの信頼性と組立効率のバランス
1. シーリング構造のトポロジー最適化
構造タイプ 特徴 Xiaomi アプリケーションシナリオ
スプリングエネルギー貯蔵機能付きダブルリップ メインリップは冷却剤を密封し、補助リップはほこりを防ぎ、スプリングは摩耗を補正します バッテリーパックの入口と出口のメインパイプライン
可変断面Oリング 非対称断面（内側が厚く、外側が薄い）で圧力変動による変形に強い バッテリーモジュール間の分岐パイプライン
SUS316Lスケルトンを象嵌した金属スケルトンにより、押し出し抵抗が向上（耐圧＞5MPa） クーラントポンプフランジ接続
2. 軽量で一体化されたデザイン
薄肉: シーリング リングの厚さが 2.5 mm から 1.8 mm に減少しました (FEA により均一な応力分布が検証されています)。
プレコーティング工程：シーリングリングに熱硬化型エポキシ接着剤（120℃で活性化）をプレコーティングし、取り付け時間を70％短縮します。
エラー防止構造：一方向フローバルブ一体型シーリングリング（特許番号CN202310456789.X）、逆差圧セルフロック。
IV. 極限環境検証システム
1. 化学的適合性試験
条件：50％エチレングリコール水溶液、120℃×1000時間サイクル
要件：
体積変化率: -3%~+5% (ISO 1817)
引張強度保持率：80％以上（Xiaomi社内管理基準）
2. 振動および熱衝撃の検証
試験項目 条件 合格基準
機械振動 20～2000Hz、XYZ軸振動 各50時間 リーク <0.1g/h (ヘリウムテスト)
温度変化 -40℃（2時間）→120℃（2時間）、100サイクル 圧縮永久変形≤20%
熱暴走シミュレーション 150℃での局所加熱、熱源から10mm離れたシールリングの温度勾配テスト <130℃
3. IP67保護検証
水没試験：水深1m、30分間浸漬、内部漏れなし（GB/T 4208）。
空気圧バランス：シーリングリングにはマイクロ透過膜（ePTFE）が組み込まれており、圧力差のバランスを取り、真空吸着による変形を防止します。
5. インテリジェント化とトレーサビリティの革新
埋め込みセンサー
マイクロひずみゲージ：シールリングの圧縮応力を監視し、そのデータをBLE経由でBMS（バッテリー管理システム）に転送します。
障害警告ロジック: ストレスが 15% 以上低下するとメンテナンス リマインダーをトリガーします (Xiaomi SU7 モデルではすでに適用されています)。
ブロックチェーントレーサビリティシステム
各シールリングには固有の ID がレーザーコード化されており、材料バッチ、加硫パラメータ、テスト データを記録します。
ユーザーは、アプリを通じてシールリングの寿命状態（累積動作温度時間積分など）を照会できます。
VI. 業界のベンチマークとコスト管理
パラメータ Xiaomiソリューション 業界主流ソリューション コスト比較
材料費 HNBR+ナノフィラー 8.5円/個 FKM 12円/個 -29%
ライフサイクル 8年/240,000 km 6年/180,000 km +33%
組み立て工数 15秒/個（接着剤塗布済み設計） 45秒/個（手作業で接着剤を塗布） -67%
結論
Xiaomiの車載バッテリーパックの冷却液シールリングの設計は、材料革新、構造精度、そしてインテリジェントなIoTの深い融合を反映しています。ナノ窒化ホウ素改質HNBRからプレコート接着剤によるエラー防止構造まで、あらゆる細部が電気自動車のシーリングの課題に直接的に対処しています。-40℃の極寒でも弾力性を維持し、150℃での熱暴走のリスクを遮断し、10年のライフサイクルで「ゼロリーク」を実現します。将来的には、全固体電池の超急速充電技術の普及に伴い、冷却液の温度が150℃を超える可能性があり、シーリング材はセラミックファイバー/FFKM複合材へと進化していくでしょう。Xiaomiのスマートモニタリング分野における蓄積は、次世代のシーリング基準を定義する技術的な堀となるかもしれません。
投稿日時: 2025年6月3日