배터리 팩 디자인 변경에 따른 단순화된 공랭식 리튬-이온 배터리 팩의 온도 분포 개선에 관한 연구
저자
김한상(Han-Sang Kim) ; 장명조(MyeongCho Jang) ; 성민용(Min-Yong Sung)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
Korean
주제어
KDC
556
자료형태
학술저널
수록면
812-812(1쪽)
제공처
최근 지구 온난화 등 전세계적인 환경 이슈의 심각한 대두로 인하여 자동차 업계에서 전기자동차에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전기자동차의 핵심 요소인 리튬-이온 배터리는 요구되는 차량의 동력을 공급하는 과정에서 많은 수의 배터리 셀을 팩의 형태로 제작하여 적용되는데 이 경우 작동 중 다량의 열 발생이 불가피하다.
배터리는 적정 작동 온도를 벗어나면 그 성능과 안전성이 크게 악화되므로 배터리의 최적 성능을 구현하기 위해서는 최고 온도가 일정 온도를 넘지 않으며 셀 간 온도 편차를 5℃ 이하로 유지시킬 수 있는 배터리 열관리 시스템의 구축이 필수적이다.
본 연구에서는 리튬-이온 배터리 열관리 핵심 연구의 일환으로 AVL사의 CFD 해석 프로그램인 Fire M을 적용하여 단순화된 형태의 배터리 팩 내부의 온도 분포에 대한 냉각 열 해석을 수행하였다. 연구 진행은 9개의 18650 배터리로 구성된 공랭형 배터리 팩을 대상으로 하였다. 배터리의 배열은 동일하게 유지한 상태로 팩의 벽면 형상 및 입, 출구 위치를 변화시키며 배터리 팩의 온도 분포를 파악하고 이를 통해 냉각 성능의 변화를 고찰하였다. CFD 열 해석 결과에 의한 온도 분포 분석을 통한 냉각 성능 비교는 다음 2개(배터리 셀 표면 평균 온도(𝑻<sub>𝒂𝒗𝒈</sub>), 셀 표면 최고 온도(𝑻<sub>𝒎𝒂𝒙</sub>)의 기본 평가인자를 통해 진행하였다. 배터리 팩 벽면 형상(프로파일)을 변화시킴으로 유입된 공기를 배터리의 냉각에 보다 효율적으로 이용할 수 있는 유동 분포를 구현하여 배터리 표면 온도의 균일도를 보다 개선해 보고자 하였다.
본 연구를 통해 얻어진 배터리 팩에 대한 냉각 측면의 개선 효과 구현을 위한 디자인 개념은 실제 리튬-이온 배터리 팩의 열 관리 (냉각) 성능 개선을 위한 실제 팩 설계, 개발 시에 기초 데이터로 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
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