신에너지 자동차의 판매 및 보유량이 증가함에 따라 신에너지 자동차 화재 사고 또한 간헐적으로 발생하고 있습니다. 열 관리 시스템 설계는 신에너지 자동차 개발을 저해하는 주요 병목 현상 중 하나입니다. 안정적이고 효율적인 열 관리 시스템을 설계하는 것은 신에너지 자동차의 안전성 향상에 매우 중요합니다.
리튬 이온 배터리 열 모델링은 리튬 이온 배터리 열 관리의 기본입니다. 그중에서도 열 전달 특성 모델링과 발열 특성 모델링은 리튬 이온 배터리 열 모델링의 두 가지 중요한 측면입니다. 기존 배터리 열 전달 특성 모델링 연구에서는 리튬 이온 배터리가 이방성 열전도율을 가진다고 가정했습니다. 따라서 효율적이고 신뢰할 수 있는 리튬 이온 배터리 열 관리 시스템 설계를 위해서는 다양한 열 전달 위치와 열 전달 표면이 리튬 이온 배터리의 열 방출 및 열전도율에 미치는 영향을 연구하는 것이 매우 중요합니다.
본 연구에서는 50 A·h 리튬인산철 배터리 셀을 연구 대상으로 삼아 열 전달 거동 특성을 상세히 분석하고 새로운 열 관리 설계 방안을 제시하였다. 셀의 형상은 그림 1에, 구체적인 크기 매개변수는 표 1에 나타내었다. 리튬 이온 배터리 구조는 일반적으로 양극, 음극, 전해액, 분리막, 양극 리드선, 음극 리드선, 중앙 단자, 절연 재료, 안전 밸브, 양의 온도 계수(PTC) 등으로 구성된다.PTC 냉각수 히터/PTC 공기 히터서미스터와 배터리 케이스로 구성된 다층 셀 구조를 가정합니다. 양극과 음극 사이에는 분리막이 끼워져 있으며, 배터리 코어는 권선으로 형성되거나 극군은 적층으로 형성됩니다. 동일한 크기의 셀 재료로 구성된 다층 셀 구조를 단순화하고, 그림 2와 같이 셀의 열물리적 매개변수에 대해 등가 처리를 수행합니다. 배터리 셀 재료는 이방성 열전도 특성을 갖는 직육면체 단위로 가정하고, 적층 방향에 수직인 열전도율(λz)은 적층 방향에 평행한 열전도율(λx, λy)보다 작다고 설정합니다.
(1) 리튬 이온 배터리 열 관리 계획의 방열 용량은 방열 표면에 수직인 열전도율, 열원 중심과 방열 표면 사이의 경로 거리, 열 관리 계획의 방열 표면 크기, 방열 표면과 주변 환경 사이의 온도 차이 등 4가지 매개변수의 영향을 받습니다.
(2) 리튬 이온 배터리의 열 관리 설계를 위한 방열 표면을 선택할 때 선택된 연구 대상의 측면 열 전달 방식이 바닥면 열 전달 방식보다 더 좋지만, 크기가 다른 정사각형 배터리의 경우 최적의 냉각 위치를 결정하기 위해 다양한 방열 표면의 방열 용량을 계산해야 합니다.
(3) 이 공식은 열 방출 용량을 계산하고 평가하는 데 사용되며, 수치 시뮬레이션을 통해 결과가 완전히 일치함을 검증하여 계산 방법이 효과적이며 정사각형 셀의 열 관리 설계 시 참고 자료로 사용할 수 있음을 나타냅니다.BTMS)
게시 시간: 2023년 4월 27일
