현재 전 세계적인 오염은 날이 갈수록 심화되고 있습니다. 기존 연료 차량에서 배출되는 배기가스는 대기 오염을 악화시키고 지구 온실가스 배출량을 증가시켰습니다. 에너지 절약과 배출량 감축은 국제 사회의 핵심 관심사로 떠올랐습니다.HVCH신에너지 자동차는 높은 효율성, 청정성, 무공해 전기 에너지 덕분에 자동차 시장에서 비교적 높은 점유율을 차지하고 있습니다. 순수 전기 자동차의 주요 동력원으로 리튬 이온 배터리는 높은 비에너지 밀도와 긴 수명으로 인해 널리 사용되고 있습니다.
리튬 이온 배터리는 작동 및 방전 과정에서 많은 열을 발생시키며, 이 열은 배터리의 성능과 수명에 심각한 영향을 미칩니다. 리튬 배터리의 작동 온도는 0~50℃이며, 최적 작동 온도는 20~40℃입니다. 배터리 팩의 온도가 50℃를 초과하면 열 축적이 발생하여 배터리 수명에 직접적인 영향을 미치고, 80℃를 넘어서면 폭발할 위험이 있습니다.
본 논문은 배터리 열 관리에 초점을 맞춰 국내외 다양한 방열 방식과 기술을 통합하여 리튬 이온 배터리의 작동 중 냉각 및 방열 기술을 요약한다. 공랭식, 수랭식, 상변화 냉각을 중심으로 배터리 냉각 기술의 현재 발전 현황과 기술 개발 과제를 정리하고, 향후 배터리 열 관리 연구 과제를 제시한다.
공랭식
공랭식 냉각은 배터리를 작동 환경에 유지하고 공기를 통해 열을 교환하는 방식으로, 주로 강제 공랭식이 포함됩니다.PTC 공기 히터공랭식과 자연풍 냉각은 저렴한 비용, 폭넓은 적용성, 높은 안전성 등의 장점을 가지고 있습니다. 그러나 리튬 이온 배터리 팩의 경우, 공랭식은 열 전달 효율이 낮고 배터리 팩의 온도 분포가 고르지 않아 온도 균일성이 떨어지는 문제가 있습니다. 또한, 공랭식은 비열 용량이 낮아 다른 냉각 방식과 병행해야 하는 한계가 있습니다. 공랭식의 냉각 효과는 주로 배터리 배치와 공기 흐름 통로와 배터리 사이의 접촉 면적에 따라 좌우됩니다. 병렬 공랭식 배터리 열 관리 시스템 구조는 병렬 공랭식 시스템 내 배터리 팩의 간격 분포를 변경함으로써 시스템의 냉각 효율을 향상시킵니다.
액체 냉각
러너 개수 및 유속이 냉각 효과에 미치는 영향
액체 냉각(PTC 냉각수 히터액체 냉각은 우수한 방열 성능과 배터리 온도 균일성 유지 능력으로 인해 자동차 배터리의 열 방출에 널리 사용됩니다. 공랭식에 비해 액체 냉각은 열 전달 성능이 더 우수합니다. 액체 냉각은 배터리 주변의 채널에 냉각 매체를 흐르게 하거나 배터리를 냉각 매체에 담가 열을 제거하는 방식으로 열을 방출합니다. 액체 냉각은 냉각 효율과 에너지 소비 측면에서 많은 장점을 가지고 있어 배터리 열 관리의 주류로 자리 잡았습니다. 현재 아우디 A3, 테슬라 모델 S 등 시중에는 액체 냉각 기술이 적용된 차량이 많습니다. 액체 냉각의 효과에 영향을 미치는 요인으로는 액체 냉각 튜브의 형상, 재질, 냉각 매체, 유량, 출구 압력 강하 등이 있습니다. 본 연구에서는 러너의 개수와 길이 대 직경 비율을 변수로 하여, 러너 입구 배열을 변경하면서 방전율 2C에서 시스템의 냉각 용량에 미치는 구조적 매개변수의 영향을 분석했습니다. 높이 비율이 증가함에 따라 리튬 이온 배터리 팩의 최고 온도는 감소하지만, 주자 수가 일정 수준 이상 증가하면 배터리의 온도 하강폭도 작아집니다.
게시 시간: 2023년 4월 7일
