전기차 배터리 시스템 열관리 기술 현황

전기차 배터리 시스템 열관리 기술 현황

전원 배터리 방열 연구는 공기 방열, 액체 냉각 방열, 고체 상변화 물질 방열, 히트파이프 방열로 나눌 수 있습니다. 기존의 주요 방열 기술은 주로 앞의 세 가지입니다.

공기 냉각 시스템

공냉식 방열 시스템은 공냉식 방열 시스템이라고도 합니다. 공냉식 방열 방식이 가장 간단합니다. 전원 배터리 팩을 냉각시키는 목적을 달성하려면 전원 배터리에서 발생하는 열을 제거하기 위해 배터리 표면을 통해 공기 흐름을 허용하기만 하면 됩니다. 다양한 환기 방법에 따라 공냉식에는 자연 대류 열 방출과 강제 환기 열 방출의 두 가지 방법이 있습니다.

자연 대류 열 방출은 외부 강제 환기 조치(예: 팬 추가 등)에 의존하지 않고, 온도 변화로 인해 배터리 팩 내부 유체에서 생성된 공기 흐름만 사용하여 열을 냉각하고 방출합니다.

강제 대류 냉각 냉각 시스템은 자연 대류 냉각 시스템에 해당 강제 환기 기술을 더한 냉각 시스템입니다.

현재 전원 배터리용 공냉식 방열 시스템에는 주로 직렬과 병렬의 두 가지 유형이 있습니다. 그러나 이 방법은 효과가 낮고, 전지의 높은 온도 균일성을 달성하기 어렵다.

액체 냉각 시스템

전원 배터리의 수냉식 방열 시스템은 냉매가 전원 배터리에 직접 또는 간접적으로 접촉한 후 액체 유체의 순환을 통해 배터리 팩에서 발생하는 열을 빼앗아 방열하는 방열 시스템을 말합니다. . 냉매는 물, 물과 에틸렌 글리콜의 혼합물, 미네랄 오일, R134a 등이 될 수 있습니다. 이러한 냉매는 열 전도성이 높으며 더 나은 열 방출을 달성할 수 있습니다.

현재 동력 배터리의 액체 냉각 기술도 상당히 성숙한 기술을 보유하고 있으며 전기 자동차의 방열 시스템에 널리 사용되었습니다. 예를 들어, Tesla 배터리 팩은 열을 방출하기 위해 물과 에틸렌 글리콜을 혼합하는 액체 냉각 방식을 사용합니다. BMW i3는 열 방출을 위해 R134a를 사용합니다.

수냉식 시스템은 액체 냉매의 누출을 방지하고 배터리 팩 내 배터리 셀의 균일성을 보장하기 위해 보다 복잡하고 엄격한 구조 설계가 필요한 경우가 많으며, 수냉식 시스템의 복잡한 구조로 인해 전체 방열 시스템도 부피가 매우 커서 차량 전체의 무게가 증가할 뿐만 아니라 차량 전체의 부담도 크게 증가하며, 동시에 구조가 복잡하고 밀봉 성능이 높기 때문에 유지 관리가 상대적으로 어렵습니다. 액체 냉각 시스템을 유지하고 이에 따라 유지 관리 비용도 증가합니다.

상변화 물질 냉각 시스템

상변화 물질 방열 시스템은 상변화 물질을 열전달 매체로 사용하고 상변화 물질의 특성을 이용하여 상변화가 발생할 때 에너지를 저장 및 방출하여 저온 가열 및 고온 효과를 얻습니다. 전원 배터리의 열 방출. 그러나 상변화 물질의 열전도율은 상대적으로 낮습니다. 재료의 고유한 결함을 바꾸기 위해 사람들은 일부 금속 재료를 상변화 재료로 채웁니다. 예를 들어, 일부 연구에서는 열전도도를 향상시키기 위해 매우 얇은 알루미늄 판을 상변화 물질에 채웠습니다. 목표. 상변화물질의 열전도도를 향상시키기 위해 상변화물질에 탄소섬유, 탄소나노튜브 등을 충전하는 방법도 제안되었다.

히트파이프 냉각 시스템

효율적인 열전도 요소인 히트파이프는 한 곳에서 다른 곳으로 열에너지를 빠르고 효율적으로 전달할 수 있습니다. 즉, 두 물체 사이에 빠르고 효과적으로 열을 전달할 수 있습니다.

전기차의 열관리 시스템에서도 국내외 많은 학자들은 열전도 요소인 히트파이프를 전원 배터리의 방열에 응용한 바 있다. 기존의 강제 대류 방열 시스템과 비교하여 히트파이프를 도입한 방열 시스템에서는 전원 배터리가 정상 작동 온도 범위를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 강제 냉각되는 배터리 셀 간의 온도 균일성을 유지할 수 있습니다. . 냉각 시스템이 달성할 수 없는 효과. 그러나 질량과 부피가 너무 커서 열 전달에 한계가 있습니다.

전기차 배터리 히팅 시스템

위에서는 배터리의 열을 방출하는 4가지 방법을 소개한 후, 배터리를 저온 환경에 적응시키기 위한 가열 방식을 소개한다.

난방 시스템은 주로 발열체와 회로로 구성되며, 그중 발열체가 가장 중요한 부분입니다. 일반적인 가열 요소에는 가변 저항 가열 요소와 정저항 가열 요소가 포함됩니다. 전자를 보통 PTC(정온도계수)라고 부르며, 후자는 실리콘 발열필름, 플렉서블 전기 발열필름 등 주로 금속 전열선으로 구성되는 발열필름이다.

PTC는 안전한 사용, 높은 열 변환 효율, 빠른 온도 상승, 화염 없음 및 자동 일정 온도로 인해 널리 사용됩니다. 저렴한 비용은 현재 고가의 파워 배터리에 유리한 요소입니다. 절연된 유연한 전기 가열 필름은 공작물의 임의의 모양에 따라 구부러질 수 있는 또 다른 종류의 히터로, 공작물과의 긴밀한 접촉을 보장하고 최대 열 에너지 전달을 보장합니다. 실리콘 발열필름은 얇은 면상발열체로 유연성이 있으나 피가열물과 완전 밀착되어야 하며 안전성이 PTC보다 떨어집니다.