전기차 차량용 배터리] 스웰링(swelling) 방지, 크러시(crush) 해석

 

- 배터리 스웰링(swelling)이 발생하면

- 배터리 스웰링(swelling)을 방지하기 위한 구조설계 (공냉식, 수냉식, 비드, 하우징)

- 배터리 하중, 주파수 응답, 크러시(crush) 해석

 

배터리 스웰링(swelling)이 발생하면

 

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배터리팩의 구조설계 단계에서 셀 스웰링 현상을 고려해야 배터리팩의 파손이나 방열실패를 피할 수 있다.

스웰링 = 배터리셀 퇴화(오래)로 부풀어 오르는 것

 

 

 

스웰링이 발생하면,

• 배터리셀 자체 성능 떨어져(용량감소)
• 거리가 벌어짐에 따라 저항값 커져(출력저하)
• 하중을 견디지 못해 터져(구조 붕괴) -> 하우징 구조 중요성

 

 

 

배터리 스웰링(swelling)을 방지하기 위한 구조설계 (공냉식, 수냉식, 비드, 하우징)

 

 

 

공랭식 배터리팩

셀 간의 간격에 air-gap이 존재하는데, 팽창하면 air-gap이 눌리며 팽창 = 공기가 들어갈 구멍 줄어 = 냉각 성능 떨어져

'에어갭을 어떻게 설계할 것인가?'가 중요

 

 

https://patents.google.com/patent/KR20130060758A/ko

 

 

수냉식 배터리팩

배터리팩 양쪽을 강하게 누르고 있는 End-plate(판재) + 셀 사이에 얇은 foam재를 넣는다 (팽창 시, foam이 눌리며 팽창 흡수)

 

 

2022.03.06 - [분류 전체보기] - 전기차] TMS 개발절차, TMS 종류, 각각의 설계

전기차] TMS 개발절차, TMS 종류, 각각의 설계

 

 

비드 ~ 굽힘응력을 받는 부재의 강성을 보강 – 박판의 일부분을 중립면 바깥으로 이동시켜 – 박판의 관성모멘트를 증가 – 박판에 걸리는 굽힘하중 감소

 

 

 

<구조(비드) 해석과 냉각시스템 해석에 관한 논문>

https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO202034965718545.pdf

해석 결과, 세로형태 비드를 넣은 하우징 구조에서 응력의 집중은 줄고 고루 분포함을 확인

 

 

배터리 하중, 주파수 응답, 크러시(crush) 해석

 

 

배터리팩 자체의 하중으로 인한 처짐

배터리팩 팽창에 의한 stress ~ 응력이 어느 부분에 집중되는지 고려해서 보완

 

 

주파수 응답해석(고유진동수와 공진에 의한 구조물 파괴)

배터리팩의 고유진동수는 무게, 형상, 조립 등의 영향을 받는다.

 

 

Crush 해석 ~ 내부 부품들이 그대로 붙어있는지, 날라가는지 / 외부에서 밀고 들어오는 침입 구조/물질에 차량이 얼마나 버티는지: 시뮬 – 취약부분 보완 – 프로토타입생산 – 낙하(drop)/대차(벽에 박아, sled)실험

Crush 해석: 차량 충돌 시 발생하는 mechanical shock을 인가하여 배터리팩이 차체에서 이탈하는 지 여부를 분석 + 차량 충돌 후 강체가 차체로 밀려들어와 배터리팩을 파손하는지 여부를 분석

 

 

 

 

Ref

 

렛유인 강의 + 산업분석 자료
현대자동차 H클레스
도서:

미래형 자동차 최신 기술동향과 자동차부품/경량소재 R&D 전략
미래형 자동차 자율주행 친환경자 시장과 기술개발 전략
차세대 전지 산업의 국내외 시장동향
수소경제 미래 신기술 개발동향과 연료전지

Jung, S. (2020). Computational Design of Battery System for Automotive Applications. Journal of Institute of Convergence Technology, 10(1), 37-40.