배터리 열 관리
배터리 작동 과정에서 온도는 성능에 큰 영향을 미칩니다. 온도가 너무 낮으면 배터리 용량과 출력이 급격히 감소하고 심지어 단락될 수도 있습니다. 반대로 온도가 너무 높으면 배터리가 분해, 부식, 화재 또는 폭발할 수 있으므로 배터리 열 관리의 중요성이 점점 더 커지고 있습니다. 전력 배터리의 작동 온도는 성능, 안전 및 배터리 수명을 결정하는 핵심 요소입니다. 성능 측면에서 볼 때, 온도가 너무 낮으면 배터리 활성이 저하되어 충방전 성능이 떨어지고 배터리 용량이 급격히 감소합니다. 비교 결과, 온도가 10°C로 떨어졌을 때 배터리 방전 용량은 정상 온도의 93% 수준이었지만, -20°C로 떨어졌을 때는 정상 온도의 43% 수준으로 떨어졌습니다.
리쥔추(Li Junqiu) 등의 연구에 따르면 안전상의 관점에서 배터리 온도가 너무 높으면 배터리의 부작용이 가속화됩니다. 온도가 60℃에 가까워지면 배터리 내부 물질/활성 물질이 분해되어 "열 폭주"가 발생하고, 온도가 400~1000℃까지 급격히 상승하여 화재나 폭발을 일으킬 수 있습니다. 반대로 온도가 너무 낮으면 배터리 충전 속도를 낮게 유지해야 합니다. 그렇지 않으면 배터리 내부의 리튬이 분해되어 내부 단락으로 화재가 발생할 수 있습니다.
배터리 수명 측면에서 온도 변화는 무시할 수 없는 중요한 요소입니다. 저온 충전 시 리튬 침착이 발생하기 쉬운 배터리는 사이클 수명이 급격히 감소하여 수십 회까지 떨어질 수 있으며, 고온은 배터리의 캘린더 수명과 사이클 수명에 큰 영향을 미칩니다. 연구 결과, 온도가 23℃일 때 잔존 용량이 80%인 배터리의 캘린더 수명은 약 6238일이지만, 온도가 35℃로 상승하면 약 1790일로, 55℃에 도달하면 6238일에서 불과 272일로 감소하는 것으로 나타났습니다.
현재 비용 및 기술적 제약으로 인해 배터리 열 관리(BTMS배터리 냉각 방식은 전도성 매체의 사용 측면에서 통일되지 않았으며, 크게 공랭식(능동 및 수동), 액체 냉각식, 상변화 물질(PCM) 냉각식의 세 가지 기술로 나눌 수 있습니다. 공랭식은 비교적 간단하고 누출 위험이 없으며 경제적입니다. LFP 배터리의 초기 개발 및 소형 자동차 분야에 적합합니다. 액체 냉각식은 공랭식보다 냉각 효과가 우수하지만 비용이 증가합니다. 액체 냉각 매체는 공기에 비해 비열 용량이 크고 열전달 계수가 높아 공랭식의 낮은 효율이라는 기술적 단점을 효과적으로 보완합니다. 현재 승용차 냉각의 주요 최적화 기술입니다. 장푸빈(Zhang Fubin)은 연구에서 액체 냉각식의 장점은 빠른 열 방출로 배터리 팩의 균일한 온도 유지가 가능하며 발열량이 많은 배터리 팩에 적합하다는 점이라고 지적했습니다. 단점으로는 높은 비용, 엄격한 패키징 요구 사항, 액체 누출 위험, 복잡한 구조 등이 있습니다. 상변화 물질은 열 교환 효율과 비용 효율성, 낮은 유지 보수 비용이라는 장점을 가지고 있습니다. 현재 관련 기술은 아직 실험실 단계에 있습니다. 상변화 물질의 열 관리 기술은 아직 완전히 성숙하지 않았으며, 향후 배터리 열 관리 분야에서 가장 유망한 발전 방향입니다.
전반적으로 액체 냉각은 현재 주류 기술이며, 그 주된 이유는 다음과 같습니다.
(1) 한편, 현재 주류인 고니켈 삼원계 배터리는 리튬인산철 배터리보다 열 안정성이 떨어지고 열폭주 온도(분해 온도, 리튬인산철의 경우 750°C, 삼원계 리튬 배터리의 경우 300°C)가 낮으며 발열량이 더 높습니다. 다른 한편으로, BYD의 블레이드 배터리 및 닝더 시대 CTP와 같은 새로운 리튬인산철 응용 기술은 모듈을 제거하고 공간 활용도와 에너지 밀도를 향상시키며 배터리 열 관리 기술을 공랭식에서 수랭식으로 전환하는 추세를 더욱 촉진합니다.
(2) 보조금 감축 지침과 주행거리에 대한 소비자의 불안감에 영향을 받아 전기 자동차의 주행거리가 계속 증가하고 있으며, 배터리 에너지 밀도에 대한 요구가 점점 높아지고 있다. 열전달 효율이 높은 액체 냉각 기술에 대한 수요가 증가하고 있다.
(3) 모델은 충분한 비용 예산, 편안함 추구, 낮은 부품 결함 허용 오차 및 고성능을 갖춘 중고급 모델 방향으로 개발되고 있으며 액체 냉각 솔루션이 요구 사항에 더욱 부합합니다.
기존 자동차든 신에너지 자동차든 소비자의 편안함에 대한 요구는 점점 높아지고 있으며, 이에 따라 차량 내부 열 관리 기술의 중요성이 더욱 커지고 있습니다. 냉방 방식 측면에서는 일반 압축기 대신 전기 압축기가 사용되고 있으며, 에어컨 냉방 시스템에는 일반적으로 배터리가 연결됩니다. 기존 차량은 주로 스와시 플레이트 방식을 채택하는 반면, 신에너지 자동차는 주로 와류 방식을 사용합니다. 이 방식은 고효율, 경량, 저소음 등의 장점을 가지며 전기 구동 에너지와의 호환성이 뛰어납니다. 또한 구조가 간단하고 작동이 안정적이며, 체적 효율은 스와시 플레이트 방식보다 약 60% 높습니다. 난방 방식 측면에서는 PTC(Phase-to-Chip) 방식이 사용됩니다.PTC 공기 히터/PTC 냉각수 히터)가 필요하지만, 전기 자동차에는 (내연 기관 냉각수와 같은) 비용이 들지 않는 열원이 부족합니다.
게시 시간: 2023년 7월 7일
