자동차 동력 시스템의 열 관리는 기존 내연기관 자동차 동력 시스템의 열 관리와 신에너지 자동차 동력 시스템의 열 관리로 구분됩니다. 현재 기존 내연기관 자동차 동력 시스템의 열 관리는 매우 성숙한 단계에 있습니다. 기존 내연기관 자동차는 엔진으로 구동되므로 엔진 열 관리가 기존 자동차 열 관리의 핵심입니다. 엔진 열 관리는 주로 엔진 냉각 시스템을 포함합니다. 자동차 시스템 전체 열의 30% 이상이 엔진 냉각 회로를 통해 방출되어야 고부하 운전 시 엔진 과열을 방지할 수 있습니다. 엔진 냉각수는 실내 난방에도 사용됩니다.
기존 내연기관 차량의 동력 장치는 엔진과 변속기로 구성되는 반면, 신에너지 차량은 배터리, 모터, 전자 제어 장치로 구성됩니다. 두 차량의 열 관리 방식은 크게 변화했습니다. 신에너지 차량의 배터리는 정상 작동 온도 범위가 25~40℃이므로, 배터리 열 관리는 온도를 유지하는 동시에 열을 발산하는 두 가지 모두를 필요로 합니다. 또한 모터의 온도도 너무 높아서는 안 됩니다. 모터 온도가 과열되면 모터 수명에 영향을 미치기 때문입니다. 따라서 모터 역시 사용 중 적절한 열 발산 조치를 취해야 합니다. 아래에서는 배터리 열 관리 시스템과 모터 전자 제어 장치 및 기타 구성 요소의 열 관리 시스템에 대해 소개합니다.
전력 배터리의 열 관리 시스템은 냉각 매체에 따라 공랭식, 액체 냉각식, 상변화 물질 냉각식, 히트 파이프 냉각식으로 크게 나뉩니다. 각 냉각 방식의 원리와 시스템 구조는 상당히 다릅니다.
1) 전력 배터리 공랭식 냉각: 배터리 팩과 외부 공기는 공기 흐름을 통해 대류 열 교환을 합니다. 공랭식 냉각은 크게 자연 냉각과 강제 냉각으로 나뉩니다. 자연 냉각은 차량 주행 중 외부 공기가 배터리 팩을 냉각하는 방식이고, 강제 냉각은 팬을 설치하여 배터리 팩에 직접 바람을 불어넣어 냉각하는 방식입니다. 공랭식 냉각의 장점은 저렴한 비용과 손쉬운 상용화입니다. 단점으로는 낮은 방열 효율, 넓은 공간 차지, 심각한 소음 문제가 있습니다.PTC 공기 히터)
2) 전력 배터리 액체 냉각: 배터리 팩의 열은 액체의 흐름에 의해 제거됩니다. 액체의 비열 용량이 공기보다 크기 때문에 액체 냉각의 냉각 효과는 공랭식보다 우수하고 냉각 속도 또한 공랭식보다 빠르며, 열 방출 후 배터리 팩의 온도 분포가 비교적 균일합니다. 따라서 액체 냉각은 상업적으로도 널리 사용되고 있습니다.PTC 냉각수 히터)
3) 상변화 물질 냉각: 상변화 물질(PCM)은 파라핀, 함수염, 지방산 등을 포함하며, 상변화가 일어날 때 많은 양의 잠열을 흡수하거나 방출하는 반면 자체 온도는 변하지 않습니다. 따라서 PCM은 추가적인 에너지 소비 없이 많은 열에너지를 저장할 수 있으며, 휴대폰과 같은 전자 제품의 배터리 냉각에 널리 사용됩니다. 그러나 자동차용 고출력 배터리에의 적용은 아직 연구 단계에 있습니다. 상변화 물질은 열전도율이 낮아 배터리와 접촉하는 표면만 녹고 다른 부분은 녹지 않는 문제가 있어 시스템의 열 전달 성능을 저하시키고 대용량 고출력 배터리에는 적합하지 않습니다. 이러한 문제들이 해결된다면 PCM 냉각은 신에너지 자동차의 열 관리 분야에서 가장 유망한 개발 솔루션이 될 것입니다.
4) 히트 파이프 냉각: 히트 파이프는 상변화 열전달 원리를 이용한 장치입니다. 히트 파이프는 포화된 작동 유체(물, 에틸렌 글리콜, 아세톤 등)로 채워진 밀폐 용기 또는 밀폐 파이프입니다. 히트 파이프의 한쪽 끝은 증발부이고 다른 쪽 끝은 응축부입니다. 히트 파이프는 배터리 팩의 열을 흡수할 뿐만 아니라 배터리 팩을 가열할 수도 있습니다. 현재 가장 이상적인 전력 배터리 열 관리 시스템으로 여겨지지만, 아직 연구 단계에 있습니다.
5) 냉매 직접 냉각: 직접 냉각은 R134a 냉매를 비롯한 냉매의 증발 및 열 흡수 원리를 이용하여, 에어컨 시스템의 증발기를 배터리 박스에 설치하여 배터리 박스를 빠르게 냉각하는 방식입니다. 직접 냉각 시스템은 냉각 효율이 높고 냉각 용량이 큽니다.
게시 시간: 2024년 4월 29일
