1. 신에너지 자동차용 리튬 배터리의 특징
리튬 배터리는 낮은 자가 방전율, 높은 에너지 밀도, 긴 충방전 주기, 높은 작동 효율 등의 장점을 가지고 있습니다. 신에너지 차량의 주요 전력원으로 리튬 배터리를 사용하는 것은 우수한 에너지원을 확보하는 것과 같습니다. 따라서 신에너지 차량의 주요 구성 요소 중 리튬 배터리 팩, 특히 리튬 배터리 셀은 핵심 부품이자 전력 공급의 중심이 되었습니다. 리튬 배터리의 작동 과정에서는 주변 환경에 대한 특정 요구 사항이 있습니다. 실험 결과에 따르면 최적 작동 온도는 20°C에서 40°C 사이입니다. 배터리 주변 온도가 이 범위를 벗어나면 리튬 배터리의 성능이 크게 저하되고 수명이 단축됩니다. 반대로 배터리 주변 온도가 너무 낮으면 최종 방전 용량과 방전 전압이 설정된 기준치를 벗어나 급격한 감소가 발생합니다.
주변 온도가 지나치게 높으면 리튬 배터리의 열폭주 가능성이 크게 증가하고, 내부 열이 특정 위치에 집중되어 심각한 열 축적 문제를 야기합니다. 이러한 열이 원활하게 배출되지 못하면 리튬 배터리의 작동 시간이 길어질수록 폭발 위험이 커집니다. 이는 인명 안전에 심각한 위협이 되므로, 리튬 배터리는 작동 시 전체 장비의 안전 성능을 향상시키기 위해 전자기 냉각 장치에 의존해야 합니다. 따라서 연구자들은 리튬 배터리의 온도를 제어할 때 외부 장치를 적절히 활용하여 열을 배출하고 최적 작동 온도를 유지해야 합니다. 온도 제어가 관련 기준에 도달하면 신에너지 자동차의 안전 주행 목표 달성에 큰 위협이 되지 않을 것입니다.
2. 신에너지 자동차용 리튬 배터리의 발열 메커니즘
이러한 배터리들은 전력 장치로 사용될 수 있지만, 실제 적용 과정에서는 각 배터리 간의 차이가 더욱 두드러집니다. 일부 배터리는 단점이 크기 때문에 신에너지 자동차 제조업체는 신중하게 선택해야 합니다. 예를 들어, 납축전지는 중간 계통에 충분한 전력을 공급하지만, 작동 과정에서 주변 환경에 심각한 손상을 입히고, 이러한 손상은 복구할 수 없습니다. 따라서 환경 안전을 위해 국가는 납축전지를 사용 금지 목록에 포함시켰습니다. 니켈수소 배터리는 개발 과정에서 좋은 기회를 얻었고, 개발 기술이 점차 성숙해지면서 적용 범위도 확대되었습니다. 그러나 리튬 배터리에 비해 단점이 다소 분명합니다. 예를 들어, 일반 배터리 제조업체가 니켈수소 배터리의 생산 비용을 관리하기 어렵습니다. 결과적으로 시장에서 니켈수소 배터리의 가격은 높은 수준을 유지하고 있습니다. 가성비를 중시하는 일부 신에너지 자동차 브랜드는 자동차 부품으로 니켈수소 배터리를 사용하는 것을 고려하지 않습니다. 더 중요한 것은 니켈수소 배터리는 리튬 배터리보다 주변 온도에 훨씬 민감하며 고온으로 인해 화재가 발생할 가능성이 더 높다는 점입니다. 여러 비교를 거친 결과 리튬 배터리가 가장 우수하며 현재 신에너지 자동차에 널리 사용되고 있습니다.
리튬 배터리가 신에너지 자동차에 동력을 공급할 수 있는 이유는 양극과 음극에 활성 물질이 존재하기 때문입니다. 활성 물질의 연속적인 삽입 및 추출 과정에서 막대한 양의 전기 에너지가 생성되고, 에너지 변환 원리에 따라 전기 에너지와 운동 에너지를 교환하여 신에너지 자동차에 강력한 동력을 공급함으로써 자동차의 주행을 가능하게 합니다. 또한, 리튬 배터리 셀이 화학 반응을 일으킬 때 열을 흡수하고 방출하여 에너지 변환을 완료하는 기능도 수행합니다. 더불어, 리튬 원자는 정지해 있지 않고 전해질과 막 사이를 끊임없이 이동하며, 분극으로 인한 내부 저항을 가지고 있습니다.
이제 열은 적절하게 방출될 것입니다. 그러나 신에너지 자동차용 리튬 배터리 주변 온도가 너무 높아 양극 및 음극 분리막이 쉽게 분해될 수 있습니다. 게다가 신에너지 리튬 배터리는 여러 개의 배터리 팩으로 구성되어 있어 모든 배터리 팩에서 발생하는 열이 단일 배터리에서 발생하는 열보다 훨씬 큽니다. 온도가 미리 정해진 값을 초과하면 배터리가 폭발할 위험이 매우 높아집니다.
3. 배터리 열 관리 시스템의 핵심 기술
신에너지 자동차의 배터리 관리 시스템은 국내외에서 높은 관심을 받으며 다양한 연구가 진행되어 많은 성과를 거두었습니다. 본 논문에서는 신에너지 자동차 배터리 열 관리 시스템의 잔여 배터리 전력 정확한 평가, 배터리 밸런싱 관리 및 관련 핵심 기술에 대해 중점적으로 다룹니다.열 관리 시스템.
3.1 배터리 열 관리 시스템 잔여 전력 평가 방법
연구자들은 SOC 평가에 많은 에너지와 노력을 투자해 왔으며, 주로 암페어시 적분법, 선형 모델법, 신경망법, 칼만 필터법과 같은 과학적 데이터 알고리즘을 사용하여 수많은 시뮬레이션 실험을 수행해 왔습니다. 그러나 이러한 방법을 적용하는 과정에서 계산 오류가 종종 발생합니다. 오류를 제때 수정하지 않으면 계산 결과 간의 차이가 점점 커집니다. 이러한 단점을 보완하기 위해 연구자들은 일반적으로 안시 평가 방법을 다른 방법과 결합하여 상호 검증함으로써 가장 정확한 결과를 얻습니다. 정확한 데이터를 통해 연구자들은 배터리의 방전 전류를 정확하게 예측할 수 있습니다.
3.2 배터리 열 관리 시스템의 균형 잡힌 관리
배터리 열 관리 시스템의 밸런스 관리는 주로 전력 배터리의 각 부분의 전압과 전력을 조화롭게 유지하는 데 사용됩니다. 각기 다른 배터리가 여러 부분에 사용될 경우, 전력과 전압이 달라질 수 있습니다. 이때 밸런스 관리를 통해 이러한 차이를 해소하고 불일치를 방지해야 합니다. 현재 가장 널리 사용되는 밸런스 관리 기술은 다음과 같습니다.
이퀄라이제이션은 크게 수동 이퀄라이제이션과 능동 이퀄라이제이션의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 적용 관점에서 볼 때, 이 두 가지 이퀄라이제이션 방식은 구현 원리가 상당히 다릅니다.
(1) 수동 균형. 수동 균형 원리는 단일 배터리 스트링의 전압 데이터를 기반으로 배터리 전력과 전압 간의 비례 관계를 이용하며, 일반적으로 저항 방전을 통해 이 둘의 변환이 이루어집니다. 즉, 고출력 배터리의 에너지는 저항 가열을 통해 열을 발생시키고, 이 열을 공기 중으로 방출하여 에너지 손실을 달성합니다. 그러나 이 균형 방법은 배터리 사용 효율을 향상시키지 못합니다. 또한, 열 방출이 고르지 않으면 과열 문제로 인해 배터리 열 관리 기능을 제대로 수행할 수 없게 됩니다.
(2) 능동형 밸런싱. 능동형 밸런싱은 수동형 밸런싱의 단점을 보완하는 개선된 기술입니다. 구현 원리 측면에서 볼 때, 능동형 밸런싱은 수동형 밸런싱의 원리를 그대로 따르는 것이 아니라 완전히 새로운 개념을 채택합니다. 능동형 밸런싱은 배터리의 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 소산시키는 대신, 고에너지 배터리의 에너지를 저에너지 배터리로 전달합니다. 이러한 에너지 전달 방식은 에너지 보존 법칙을 위반하지 않으며, 손실이 적고 사용 효율이 높으며 결과가 빠르게 나타나는 장점이 있습니다. 그러나 밸런싱 관리 시스템의 구성 구조가 비교적 복잡하며, 밸런싱 지점을 적절하게 제어하지 못하면 과도한 크기로 인해 배터리 팩에 돌이킬 수 없는 손상을 초래할 수 있습니다. 요컨대, 능동형 밸런싱과 수동형 밸런싱은 각각 장단점이 있습니다. 구체적인 적용 사례에서는 리튬 배터리 팩의 용량과 스트링 수에 따라 적절한 방식을 선택할 수 있습니다. 용량이 작고 개수가 적은 리튬 배터리 팩은 수동 균등화 관리에 적합하고, 용량이 크고 개수가 많은 고출력 리튬 배터리 팩은 능동 균등화 관리에 적합합니다.
3.3 배터리 열 관리 시스템에 사용되는 주요 기술
(1) 배터리의 최적 작동 온도 범위를 결정한다. 열 관리 시스템은 주로 배터리 주변의 온도를 조절하는 데 사용되므로, 열 관리 시스템의 적용 효과를 보장하기 위해 연구자들이 개발한 핵심 기술은 주로 배터리의 작동 온도를 결정하는 데 사용된다. 배터리 온도가 적절한 범위 내에 유지되는 한, 리튬 배터리는 항상 최상의 작동 상태를 유지하여 신에너지 자동차의 작동에 충분한 전력을 공급할 수 있다. 이러한 방식으로 신에너지 자동차의 리튬 배터리 성능은 항상 최상의 상태를 유지할 수 있다.
(2) 배터리 열범위 계산 및 온도 예측. 이 기술은 다수의 수학적 모델 계산을 포함합니다. 과학자들은 상응하는 계산 방법을 사용하여 배터리 내부의 온도 차이를 얻고, 이를 기초로 배터리의 가능한 열적 거동을 예측합니다.
(3) 열전달 매체의 선택. 열 관리 시스템의 우수한 성능은 열전달 매체의 선택에 달려 있습니다. 현재 대부분의 신에너지 자동차는 냉각 매체로 공기/냉각수를 사용합니다. 이 냉각 방식은 작동이 간단하고 제조 비용이 저렴하며 배터리 열 방출이라는 목적을 효과적으로 달성할 수 있습니다.PTC 공기 히터/PTC 냉각수 히터)
(4) 병렬 환기 및 방열 구조 설계를 채택합니다. 리튬 배터리 팩 사이의 환기 및 방열 설계는 공기 흐름을 확장하여 배터리 팩 사이에 고르게 분산될 수 있도록 하여 배터리 모듈 사이의 온도 차이를 효과적으로 해결합니다.
(5) 팬 및 온도 측정 지점 선택. 이 모듈에서 연구자들은 다수의 실험을 통해 이론적 계산을 수행한 후 유체 역학적 방법을 사용하여 팬 전력 소비 값을 얻었습니다. 그 후, 연구자들은 유한 요소를 사용하여 배터리 온도 데이터를 정확하게 얻기 위해 가장 적합한 온도 측정 지점을 찾을 것입니다.
게시 시간: 2024년 9월 10일
