전력전지 열관리 기술
전기자동차(EV)의 급속한 발전으로 인해 열폭주 문제는 점점 더 명백해지고 있습니다.
배터리팩은 전기자동차(EV)의 주요 에너지 저장 부품으로, 리튬이온 배터리로 구성되며, 전기차의 성능에 직접적인 영향을 미치는 부품이다. 배터리 팩의 성능과 수명을 최적화하기 위해서는 배터리 팩의 구조를 최적화하고 고온과 저온에 적응할 수 있는 배터리 팩 열 관리 시스템(BTMS)의 설계가 필요합니다.
신에너지 자동차 배터리 시스템의 열관리 기술
리튬이온 배터리 냉각 기술의 핵심은 배터리 내부의 열을 외부 환경으로 전달하는 냉각 매체를 통한 열교환 과정을 통해 배터리 내부 온도를 낮추는 것이다. 냉각 매체의 차이에 따라 공기 냉각, 액체 냉각, 고체 상 변화 물질 냉각 및 히트 파이프 냉각으로 나눌 수 있습니다.
1. 공냉식 냉각 시스템
공냉식 냉각 시스템이라고도 하는 공냉식 냉각 시스템입니다. 이는 배터리 표면을 통해 공기를 흐르게 하여 배터리에서 발생하는 열을 제거함으로써 전원 배터리 팩을 냉각시키는 가장 간단한 방법입니다.
환기 조치(팬 등 유무)에 따라 공냉식 주변 장비는 자연 대류와 강제 환기로 나눌 수 있습니다.
자연 대류는 열을 방출합니다.
외부 강제 환기(예: 팬)에 의존하지 않고, 온도 변화에 따라 배터리 팩 자체 내부의 유체 흐름을 통해 냉각 및 열을 방출하는 시스템입니다.
열 방출을 위한 강제 환기
자연 대류 방열을 기반으로 방열 시스템에 해당 강제 환기 기술이 추가되었습니다.
배터리 배열에 따라 공기 냉각 시스템은 직렬 시스템과 병렬 시스템으로 나눌 수 있습니다. 그러나 이 방법은 효과가 낮고, 전지의 높은 온도 균일성을 달성하기 어렵다. 공기 냉각 시스템은 구조 설계가 간단하고 비용이 저렴하지만 방열 효과가 명확하지 않으며 전원 배터리가 정상 온도 범위에서 작동할 수 없습니다. 배터리 배열, 공기 덕트, 배터리 간격 및 풍속을 변경함으로써 공기 냉각 시스템을 최적화하여 배터리 열 관리 시스템의 냉각 효과를 높일 수 있습니다.
2. 수냉식 냉각 시스템
이 시스템은 냉매가 전원 배터리와 직접 또는 간접적으로 접촉하고, 대류 열 전달 원리를 사용하여 배터리 팩에서 생성된 열의 액체 흐름을 순환시키는 것을 말하며, 실용 신안은 열 방출 시스템과 관련됩니다. 방열 효과를 얻을 수 있습니다.
냉매(냉각수)
열전도율이 높고 방열성이 좋으며 물, 물, 글리콜, 미네랄 오일 및 R134a 등의 혼합물이 될 수 있으며 전기 자동차 냉각 시스템에 널리 사용됩니다. 예를 들어, Tesla 배터리 팩은 물과 에틸렌 글리콜의 수냉식 혼합물을 사용하는 반면, BMW I-3는 R134A를 사용합니다.
냉각수가 배터리에 접촉되는지 여부에 따라 직접 냉각과 간접 냉각으로 나눌 수 있습니다. 액체의 열전달 계수는 공기보다 크고 방열 효과는 더 좋지만 구조가 복잡하고 밀봉 조건에 대한 요구 사항이 높으며 설계 및 유지 관리 비용이 상대적으로 높습니다.
액체 냉각 기술 중 구조 설계에는 주로 러너 구조 설계, 냉각판 배열 형태 설계가 있습니다. 액체 냉각 시스템은 액체 냉매의 누출을 방지하고 배터리 팩의 셀 모노머 간의 균일성을 보장하기 위해 더 복잡하고 까다로운 구조 설계가 필요한 경우가 많습니다. 그러나 복잡한 구조로 인해 전체 방열판 시스템이 매우 부피가 커져 차량 전체의 무게가 증가하고 유지 관리가 상대적으로 어려워지며 그에 따라 유지 관리 비용도 증가합니다.
3. 상변화 물질 냉각 시스템
상변화물질(PCM)은 상변화 반응 시 배터리의 열을 흡수(또는 방출)하기 위해 열전달 매체로 사용되며, 냉각 기술은 온도 조절 효과가 좋고 균일한 온도 성능을 갖고 있지만 소재가 비싸다.
상변화 물질은 액체 상태, 고체 상태, 증기 상태 사이를 전환하는 동안 많은 열을 흡수(또는 방출)합니다. 단일 셀의 온도가 정상 작동 온도 범위를 초과하면 열이 빠르게 전달될 수 있으므로 단일 셀 사이의 온도는 기본적으로 동일합니다.
재료 결함을 변경하기 위해 열전도율을 향상시키기 위해 상변화 물질에 채워진 매우 얇은 알루미늄 판과 같은 일부 금속 재료가 상변화 물질에 채워집니다. 상변화물질의 열전도도를 높이기 위해 탄소섬유, 탄소나노튜브 등을 채우는 사람들도 있다.