신에너지 자동차의 핵심 기술 중 하나는 배터리입니다. 배터리의 품질은 전기차의 가격과 주행거리를 좌우하는 중요한 요소이며, 전기차의 보급과 빠른 확산을 위한 핵심적인 요인입니다.
전력 배터리의 사용 특성, 요구 사항 및 적용 분야에 따라 국내외에서 연구 개발 중인 전력 배터리 유형은 크게 납축전지, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-금속 수소화물 배터리, 리튬 이온 배터리, 연료 전지 등으로 나눌 수 있으며, 그중 리튬 이온 배터리 개발에 가장 많은 관심이 집중되고 있다.
전력 배터리 발열 현상
전력 배터리 모듈의 열원, 발열률, 배터리 열용량 및 기타 관련 매개변수는 배터리의 특성과 밀접한 관련이 있습니다. 배터리에서 방출되는 열은 배터리의 화학적, 기계적, 전기적 특성, 특히 전기화학 반응의 특성에 따라 달라집니다. 배터리 반응에서 발생하는 열에너지는 배터리 반응열 Qr로 나타낼 수 있습니다. 전기화학적 분극은 배터리의 실제 전압을 평형 기전력에서 벗어나게 하며, 배터리 분극으로 인한 에너지 손실은 Qp로 나타낼 수 있습니다. 반응식에 따라 진행되는 배터리 반응 외에도 몇 가지 부반응이 발생합니다. 대표적인 부반응으로는 전해질 분해와 배터리 자가 방전이 있습니다. 이 과정에서 발생하는 부반응열은 Qs입니다. 또한, 모든 배터리는 필연적으로 저항을 가지고 있으므로 전류가 흐를 때 줄열 Qj가 발생합니다. 따라서 배터리의 총 발열량은 다음과 같은 요소들의 열량의 합입니다: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj.
충전(방전) 과정에 따라 배터리 발열의 주요 원인도 달라집니다. 예를 들어, 정상 충전 시에는 저항(Qr)이 주요 원인이지만, 충전 후반부에는 전해액 분해로 인해 부반응이 발생하기 시작하고(부반응열은 Qs), 완전 충전 및 과충전 시에는 전해액 분해가 주를 이루며 이때 Qs가 지배적입니다. 줄열(Qj)은 전류와 저항에 따라 달라집니다. 일반적으로 사용되는 충전 방식은 정전류 충전이며, 이때 Qj는 특정 값을 가집니다. 그러나 시동 및 가속 시에는 전류가 상대적으로 높습니다. 하이브리드 전기차(HEV)의 경우, 이는 수십 암페어에서 수백 암페어에 이르는 전류에 해당합니다. 이때 줄열 Qj가 매우 커져 배터리 발열의 주요 원인이 됩니다.
열 관리 제어 가능성 관점에서 볼 때, 열 관리 시스템은HVH)는 능동형과 수동형의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 열 전달 매체의 관점에서 열 관리 시스템은 공랭식(PTC 공기 히터), 액체 냉각식(PTC 냉각수 히터), 그리고 상변화 열 저장 장치.
냉각수(PTC 냉각수 히터)를 열매체로 사용하는 열전달 방식에서는 모듈과 액체 매질(예: 워터 재킷) 사이에 열전달 통로를 구축하여 대류 및 열전도 형태의 간접 가열 및 냉각을 구현해야 합니다. 열전달 매질로는 물, 에틸렌 글리콜 또는 냉매를 사용할 수 있습니다. 또한, 폴 피스를 유전체 액체에 담그는 직접 열전달 방식도 있지만, 단락을 방지하기 위해 절연 조치를 취해야 합니다.
일반적으로 수동 냉각 방식은 액체 냉각수와 주변 공기 사이의 열 교환을 이용한 후, 배터리에 열교환기를 도입하여 2차 열 교환을 수행하는 반면, 능동 냉각 방식은 엔진 냉각수와 액체 매체 사이의 열 교환기 또는 PTC 전기 가열/열유 가열을 통해 1차 냉각을 구현합니다. 승객실 공기/에어컨 냉매를 이용한 가열 및 1차 냉각 방식도 있습니다.
공기와 액체를 매체로 사용하는 열 관리 시스템은 팬, 워터 펌프, 열 교환기, 히터, 배관 및 기타 부속품이 필요하기 때문에 구조가 너무 크고 복잡하며, 배터리 에너지를 소모하고 배터리 전력 밀도와 에너지 밀도를 저하시킵니다.
수냉식 배터리 냉각 시스템은 냉각수(물 50%/에틸렌 글리콜 50%)를 사용하여 배터리의 열을 배터리 쿨러를 통해 에어컨 냉매 시스템으로 전달하고, 다시 응축기를 통해 외부로 방출합니다. 배터리 입구의 냉각수는 배터리에 의해 냉각되어 열 교환 후 쉽게 낮은 온도로 유지되며, 배터리는 최적의 작동 온도 범위에서 작동하도록 조절할 수 있습니다. 시스템 원리는 그림에 나와 있습니다. 냉매 시스템의 주요 구성 요소는 응축기, 전기 압축기, 증발기, 차단 밸브가 있는 팽창 밸브, 배터리 쿨러(차단 밸브가 있는 팽창 밸브 포함) 및 에어컨 배관 등입니다. 냉각수 회로는 전기 워터 펌프, 배터리(냉각판 포함), 배터리 쿨러, 냉각수 배관, 팽창 탱크 및 기타 부속품으로 구성됩니다.
게시 시간: 2023년 4월 27일
