순수 전기차의 열 관리 시스템은 운전자에게 쾌적한 주행 환경을 제공할 뿐만 아니라, 실내 온도, 습도, 공기 공급 온도 등을 제어합니다. 특히, 전력 배터리의 온도를 제어하는 것이 핵심인데, 이는 전기차의 안전을 확보하는 데 필수적인 요소이며, 자동차의 효율적이고 안전한 운행을 위한 중요한 전제 조건입니다.
전력 배터리의 냉각 방식에는 여러 가지가 있으며, 공랭식, 수랭식, 방열판 냉각식, 상변화 물질 냉각식, 히트 파이프 냉각식으로 나눌 수 있습니다.
온도가 너무 높거나 낮으면 리튬 이온 배터리의 성능에 영향을 미치지만, 온도에 따라 배터리 내부 구조와 이온 화학 반응에 미치는 영향은 다릅니다.
저온에서는 충방전 시 전해액의 이온 전도도가 낮아지고, 양극/전해액 계면 및 음극/전해액 계면의 임피던스가 높아져 양극 및 음극 표면의 전하 전달 임피던스와 음극 내 리튬 이온 확산 속도에 영향을 미치고, 궁극적으로 배터리 방전 성능 및 충방전 효율과 같은 주요 지표에 악영향을 미칩니다. 저온에서는 배터리 전해액 내 용매의 일부가 응고되어 리튬 이온의 이동이 어려워집니다. 온도가 낮아짐에 따라 전해액 염의 전기화학 반응 임피던스는 계속 증가하고, 이온 해리 상수 또한 계속 감소합니다. 이러한 요인들은 전해액 내 이온 이동 속도를 심각하게 저하시켜 전기화학 반응 속도를 감소시킵니다. 특히 저온에서 배터리 충전 시 리튬 이온 이동의 어려움은 리튬 이온이 금속 리튬 덴드라이트로 환원되는 현상을 유발하여 전해액 분해 및 농도 분극 증가를 초래합니다. 더욱이, 이 리튬 금속 덴드라이트의 날카로운 모서리는 배터리 내부 분리막을 쉽게 뚫고 들어가 배터리 내부에 단락을 일으켜 안전사고를 유발할 수 있습니다.
고온은 전해액 용매의 응고를 유발하지 않으며, 전해액 염 이온의 확산 속도를 저하시키지도 않습니다. 오히려 고온은 물질의 전기화학 반응 활성을 증가시키고, 이온 확산 속도를 높이며, 리튬 이온의 이동을 가속화하여 리튬 이온 배터리의 충방전 성능 향상에 도움이 됩니다. 그러나 온도가 지나치게 높아지면 SEI 막의 분해 반응, 리튬이 함유된 탄소와 전해액의 반응, 리튬이 함유된 탄소와 접착제의 반응, 전해액의 분해 반응, 그리고 양극재의 분해 반응이 가속화되어 배터리의 수명과 성능에 심각한 영향을 미칩니다. 이러한 반응들은 거의 모두 비가역적입니다. 반응 속도가 빨라지면 배터리 내부에서 가역적인 전기화학 반응에 사용할 수 있는 물질이 급격히 감소하여 배터리 성능이 단기간에 저하됩니다. 배터리 온도가 안전 온도 이상으로 계속 상승하면 배터리 내부에서 전해액과 전극의 분해 반응이 자연적으로 발생하여 매우 짧은 시간 안에 막대한 열이 발생하게 됩니다. 즉, 배터리 열파괴가 발생하여 배터리가 완전히 파손될 수 있습니다. 배터리 케이스의 좁은 공간에서는 열이 제때 발산되기 어렵고, 단시간 내에 열이 빠르게 축적됩니다. 이는 배터리 열파괴가 급속도로 확산되어 배터리 팩에서 연기가 나거나, 자연 발화하거나, 심지어 폭발할 가능성을 매우 높입니다.
순수 전기차의 열 관리 제어 전략은 다음과 같습니다. 배터리 냉간 시동 과정은 전기차 시동 전,BMS배터리 모듈의 온도를 점검하고 온도 센서의 평균 온도 값을 목표 온도와 비교합니다. 현재 배터리 모듈의 평균 온도가 목표 온도보다 높으면 전기차는 정상적으로 시동이 걸리고, 센서의 평균 온도 값이 목표 온도보다 낮으면 시동이 꺼집니다.PTC EV 히터예열 시스템을 시작하려면 스위치를 켜야 합니다. 예열 과정 동안 BMS는 배터리 온도를 지속적으로 모니터링합니다. 예열 시스템 작동 중 배터리 온도가 상승하고, 온도 센서의 평균 온도가 목표 온도에 도달하면 예열 시스템이 작동을 멈춥니다.
게시 시간: 2024년 5월 9일
