배터리 시스템용 열 관리 솔루션

온도 요인이 전원 배터리의 성능, 수명 및 안전성에 중요한 영향을 미친다는 것은 의심의 여지가 없습니다.일반적으로 배터리 시스템은 15~35℃ 범위에서 작동하여 최고의 전력 출력 및 입력, 최대 사용 가능한 에너지 및 가장 긴 사이클 수명을 달성할 것으로 기대합니다(저온 보관으로 달력 수명을 연장할 수 있음). 그러나 응용 분야에서 저온 보관을 실행하는 것은 별 의미가 없으며 이 점에서 배터리는 사람과 매우 유사합니다.

현재 전원 배터리 시스템의 열 관리는 주로 자연 냉각, 공기 냉각, 액체 냉각 및 직접 냉각의 네 가지 범주로 나눌 수 있습니다.그 중 자연냉각은 수동적인 열관리 방식인 반면, 공냉식, 수냉식, 직류식은 능동형 열관리 방식이다.이 세 가지의 주요 차이점은 열 교환 매체의 차이입니다.

· 자연냉각
외기 냉각에는 열 교환을 위한 추가 장치가 없습니다.예를 들어, BYD는 Qin, Tang, Song, E6, Tengshi 및 LFP 셀을 사용하는 기타 모델에 자연 냉각을 채택했습니다.후속 BYD는 삼원계 배터리를 사용하는 모델에 대해 수랭식으로 전환할 것으로 알려졌다.

· 공기 냉각(PTC 에어 히터)
공기 냉각은 공기를 열 전달 매체로 사용합니다.두 가지 일반적인 유형이 있습니다.첫 번째는 열교환을 위해 외부 공기를 직접 사용하는 수동형 공기 냉각이라고 합니다.두 번째 유형은 능동형 공기 냉각으로, 배터리 시스템에 유입되기 전에 외부 공기를 예열하거나 냉각할 수 있습니다.초기에는 일본과 한국의 많은 전기 모델이 공랭식 솔루션을 사용했습니다.

· 액체 냉각
액체 냉각은 열 전달 매체로 부동액(예: 에틸렌 글리콜)을 사용합니다.일반적으로 솔루션에는 여러 가지 열 교환 회로가 있습니다.예를 들어 VOLT에는 라디에이터 회로, 에어컨 회로(PTC 에어컨) 및 PTC 회로(PTC 절삭유 히터).배터리 관리 시스템은 열 관리 전략에 따라 반응하고 조정하며 전환합니다.TESLA Model S에는 모터 냉각과 직렬로 연결된 회로가 있습니다.배터리를 저온에서 가열해야 하는 경우 모터 냉각 회로가 배터리 냉각 회로와 직렬로 연결되어 모터가 배터리를 가열할 수 있습니다.전원 배터리가 고온일 때 모터 냉각 회로와 배터리 냉각 회로가 병렬로 조정되고 두 냉각 시스템이 독립적으로 열을 방출합니다.

1. 가스 콘덴서

2. 2차 콘덴서

3. 보조 응축기 팬

4. 가스 콘덴서 팬

5. 에어컨 압력 센서(고압측)

6. 에어컨 온도센서(고압측)

7. 전자 에어컨 압축기

8. 에어컨 압력 센서(저압측)

9. 에어컨 온도센서(저압측)

10. 팽창밸브(쿨러)

11. 팽창밸브(증발기)

· 직접 냉각
직접 냉각은 열 교환 매체로 냉매(상 변화 물질)를 사용합니다.냉매는 기액 상전이 과정에서 많은 양의 열을 흡수할 수 있습니다.냉매에 비해 열전달 효율을 3배 이상 높일 수 있고, 배터리 교체도 더 빠르게 할 수 있다.시스템 내부의 열이 운반됩니다.BMW i3에는 직접 냉각 방식이 사용되었습니다.

 

냉각 효율 외에도 배터리 시스템의 열 관리 방식은 모든 배터리 온도의 일관성을 고려해야 합니다.PACK에는 수백 개의 셀이 있으며 온도 센서가 모든 셀을 감지할 수는 없습니다.예를 들어 테슬라 모델S의 모듈에는 배터리가 444개 있는데, 온도 감지 지점은 2개만 배치됐다.따라서 열 관리 설계를 통해 배터리를 최대한 일관되게 만드는 것이 필요합니다.그리고 우수한 온도 일관성은 배터리 전력, 수명, SOC와 같은 일관된 성능 매개변수를 위한 전제조건입니다.