CFD 해석을 적용한 단순 원통형 리튬-이온 배터리 팩의 C-rate 변화에 따른 최적 공기 유량 산정에 관한 연구
저자
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
Korean
주제어
KDC
556
자료형태
학술저널
수록면
811-811(1쪽)
제공처
전기자동차의 주 동력원인 배터리로는 높은 에너지 밀도, 효율, 긴 수명, 낮은 자가방전율을 가진 리튬-이온 배터리가 널리 사용되고 있다. 리튬-이온 배터리는 작동 온도 범위가 제한되어 있으므로 적정 온도를 벗어나 작동 시 성능과 수명, 안전성 등에 문제가 생긴다. 이는 전기차의 효율 향상 및 주행거리 연장에 직결되는 기술적 이슈이므로 실주행 조건에서 적정 온도를 유지할 수 있는 배터리 열 관리가 필수적이다. 즉, 저온 시에는 배터리의 예열, 고온 시는 배터리의 냉각이 효율적으로 이루어져야 한다. 특히 다양한 배터리 작동(방전) 조건에 따른 최적의 냉각이 가능하도록 배터리 열관리 시스템을 운영하는 전략은 그 중 핵심적인 요소이다.
본 연구에서는 18650 리튬-이온 배터리 9개로 구성된 단순화된 공랭식 배터리 팩을 대상으로 AVL사의 CFD 해석 tool인 FIRE M을 이용하여 냉각 열 해석을 진행하였다. 시뮬레이션을 통해 18650 배터리의 방전율(0.5C ~ 2C)을 변화시키면서 냉각 시 팩 내부의 열 유동 특성을 파악하였다. 이를 통해 리튬-이온 배터리의 최적 성능을 구현할 수 있는 온도(25 ~ 40℃)를 유지하기 위한 유량 최적값을 산정하고자 하였다.
이를 위하여 배터리 방전율을 주요 변수로 선정하고 그 외 다른 조건은 동일하게 하고 배터리 팩 최적 성능 구현을 위한 냉각 측면의 평가를 위해 3개의 파라미터(1. 셀 표면 최고 온도(𝑻<sub>𝒎𝒂𝒙</sub>), 2.셀 표면에서의 평균 온도(T), 3. 배터리 셀 간 온도 차 최댓값(Δ𝑻))를 도입하여 분석에 활용하였다. 본 연구의 결과는 실제 리튬-이온 배터리 팩에서 방전율 변화에 따른 최적 유량 도출을 위한 기본 데이터를 제공하여 더욱 개선된 배터리 팩 냉각 열관리 전략 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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