전기차] 차량용 배터리 설계/공정 시 고려해야 할 사항

 

- 차량용 배터리 전체/외부연결에서의 설계/공정

- 차량용 배터리 CMA 설계/공정

 

 차량용 배터리 전체/외부연결에서의 설계/공정

 

 

수냉식 배터리팩, 위키

 

 

PRA (Power Relay Ass’y)/BDU (Battery Disconnect unit):

배터리와 부하의 용량에 따른 부품 선정

커넥터/와이어의 위치를 고려한 위치 선정

 

 

BMS:

위치선정, 고정방법 결정, 냉각방법 설정, 커넥터/와이어의 위치 고려

 

 

Heatsink (cooling plate):

열저항이 얼마인지, 압력강하가 얼마나? 유동분배 잘? 편평도(CMA와 접촉도) 냉매 leakage 발생?

 

 

Busbar(고전압전류를 전달하는 부품):

라운드 와이어/일반형/플랙서블형? 재질 및 단면적 결정, (고전류가 흘러 항상 온도가 높기 때문에)최대 허용온도, 도금 여부, 보호커버

 

 

Duct: 유동구조 최적화: 차압, 유동분배 중요, engineering plastic사용(부품 결합에는 끼워맞춤, 조립, 볼트체결 또는 접착이 적절하다.)

 

 

Fan: fan의 종류, 용량, 소음, IP등급(방진, 방수, 충격등급) 결정

 

 

공냉식 배터리팩, 위키

 

 

Fuse: 작동 조건 선정

 

 

Support bar/cross member: 배터리팩 구조강도, 안전성 보강, cell swelling, 진동, shock

 

 

Upper/lower case: 재질, 두께, bead형상, bead의 위치/크기

 

 

Gasket/seal: gasket 재질 및 사양, O-ring 재질 및 사양

 

 

정적강도: 팩 구조물의 응력 집중/처짐 허용치 기준

 

 

동적강도: 팩 단위 공진주파수/shock/vibration 내구성 기준 ~ 배터리팩의 고유진동수를 크게 해야 한다. + crush에 대해 충분한 강도를 확보해야 한다.

 

 

용접 고려:

용접 방법(spot, 레이저, 초음파 등)

용접 시 주변 부품의 온도 상승 고려(설계 시 부품 간 최소거리 등을 결정)

 

 

조립공정: 조립을 고려해 설계, 부품 간 거리 등 결정

오조립 방지 구조(human error 방지)

사람들이 할 Tooling 공간 확보 (설계 시)

배터리팩을 maintenance할 방법을 고려해둬야 한다. (유지/보수 때를 생각해둬야 함)

 

 

용접, 사출, 융착, 프레스 공정

 

 

Rib: 배터리셀 고정을 위한

 

 

프레스 공정 = 금속부품을 만들 때

비드(bead), 노칭(notching), 벤딩(bending)을 어떻게 할 것인지 + 재질 별 물성치 필요

*비드: 구조물의 강성을 향상시키기 위해 돌출시킨 모양

*노칭: 판재를 가공하기 위해 홈을 파는 것

셀과 셀 간의 용접, 용접은 셀의 lead에서 주로 이뤄져 & sensing plate ~ cell lead

주로 초음파와 레이저 방법

 

 

사출&융착 = 배터리팩 CMA를 만들기 위해 엔지니어링 플라스틱 사출&융착공정 -> 플라스틱 제작

*사출: 용융시킨 수지를 혈틀에 부어 압력을 가해 형상 만들어

*융착: 두 부품에 열과 압을 가하여 결합시켜

 

 

 

 차량용 배터리 CMA 설계/공정

 

 

 

CMA는 냉각형식에 따라 구조와 부품에 차이가 있다.

 

배터리셀:

기구설계를 위해 치수, 하중곡선 등 측정

TMS설계를 위해 비열, 발열량, 열전도도 측정

배터리성능을 위해 OCV (open circuit voltage), 용량, 저항 등 측정

 

 

셀 카트리지: 파우치셀을 CMA내에 고정하는 부품으로서 방열 기능을 수행하는 경우도 있음

 

 

CMA 구성품 설계 시 고려사항

 

CMA busbar: 재질, 두께, 크기, 형상, 배치, 허용온도를 어떻게 할 것인가? 열팽창을 어떻게 컨트롤 할 것인가? 도금을 할 것인가? 고려

 

 

Cell cartridge:

말랑말랑한 재질(Cell+frame+fin)로, x,y,z축으로 CMA안에서 고정되어야 함

Cell 고정 방식 및 위치, 리드탭 용접부 위치 및 Gap & 조립 방법 및 간격 & Cell swelling제어 어떻게 할지 & 전열/단열, 절연에 중요한 부품이기에 이러한 사항 고려해야

 

 

Cell:

Cell characterization(OCV, 용량, 저항, 절연저항, safety 등) – cell의 허용온도 범위, 발열량, 열용량, 열전도도를 알아야 TMS를 설계할 수 있다. 퇴화(cell swelling)에 따른 두께 변화 & Cell의 도면

 

 

Cell cover(공냉식, 공기채널을 넣기 위해 셀 커버 사용):

Cell 고정, Cell cover간 조립(조립 방법 및 간격), 재질/두께/형상, 절연처리 필요

 

 

Cooling fin(수냉식):

재질/두께/형상, 표면조도와 접촉저항(cell은 말랑말랑한 재질이기에)

 

 

Cooling-plate:

셀 고정방식과 위치, 리드탭의 용접부 위치와 갭, 카트리지 간에 조립 방법 및 조립 간격

 

 

End-plate, HW류:

재질/두께/비드(강성을 올려주기 위한 비드가 어떻게 형성되고 위치하는지), cell swelling억재

 

 

Terminal bolt/nut = 다른 팩과 연결할 수 잇는 busbar가 연결되어 있는 부분:

재질, 강도, 접촉면적, 체결토크(접촉저항 결정)가 매우 중요

고정방식과 조립 시 공간확보를 설계할 때 고려해야

 

 

Receptables & wires = 센싱 컨트롤에 대한 부품:

wire직경, routing wire고정부 위치, EMI S (electromagnetic interface shielding) 적용 여부 or EMC(electromagnetic capability) 여부

 

 

 

 

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