전기차] 차량용 배터리 계통도, 배터리팩 주요 부품/구성

 

- 배터리팩 계통도

- Electrical power (배터리)

- Electrical connection (HV: High Voltage)

- Electrical connection (LV: Low Voltage)

- Thermal management system (TMS)

- Structure (구조)

- Safety (안전 관련)

- Control (시스템 컨트롤, 조절 관련)

 

배터리팩 계통도

 

 

 

배터리팩: 화학제품인 배터리를 열 및 기계적 충격으로부터 보호하고 제어하기 위해 다수의 배터리를 적층한 후 패키징하여 기계부품화 한 것

Cell -> Module -> Pack -> Vehicle

필요 내용(전공): 소재&화학 + 기계(구조,안전성,열) + 전기전자&컴(센싱, 컨트롤)

 

 

CMA (Cell Module Assembly) = electrical power(cell) + structure(endplate, cartridge, bolt/nut/ tie-rod, bushing) + electrical connection(busbar, termical bolt & nut, wire-harness) + TMS(cell cover, cooling fan, cooling plate, TIM, tube, thermistor) + safety(fuse, insulation) + sensing control(sensing block, connector, ICB ass’y)

 

 

*ass'y = assembly

End plate: 배터리셀을 고정하고 보호 + CMA조립 시 배터리셀에 압력을 가하여 저항값을 감소(structure)

 

 

Electrical power (배터리)

 

 

Electrical power: 배터리, 배터리가 CMA(배터리모듈_cell module assamble)을 구성한다.

 

 

Electrical connection (HV: High Voltage)

 

 

Electrical connection (HV_high voltage): PRA(배터리팩에 전력을 공급하고 차단하는) + 전력을 공급하는_busbar(고전류 송전), HV wire harness(고전류 송전)

 

 

PRA: 배터리와 부하 사이에서 전력을 연결 또는 차단하는 장치로서 과전압 및 단락에 의한 시스템 보호 역할을 수행

고전압 가스충전식 릴레이, 저항, 전류센서, 단자 등으로 구성

항상 고전압이 흐르기 때문에 위험, 스파크 튀지 않게 하기 위해 내부에 비활성기체를 채운다

BMS에 의해 (릴레이)제어

 

 

CMA(Cell module assembly) HV(high voltage)

여러 개의 배터리셀이 직렬 or 병렬로 구성

배터리팩은 1개 이상의 CMA를 탑재

 

 

Busbar

배터리모듈간 연결, 전원부 전달

라운드 와이어형/일반 버스바(막대)/플랙서블 타입 등

 

 

Wire harness

HV: 주황색으로 표시

 

 

 

Electrical connection (LV: Low Voltage)

 

 

Wire harness

LV: 센싱데이터, 제어 데이터 전달 ~ 다른 색으로 표시

 

 

Electrical connection (LV): Wire harness(LV) ~ sensing data & control data(제어신호) 선들 포함

 

 

Thermal management system (TMS)

 

 

TMS (Thermal management system): heatsink, insulator, duct, fan, TIM, tube, thermistor

 

수냉식 배터리팩 구조

수냉식 CMA의 구성

방열경로 = 배터리셀 – 방열핀 – cooling plate (heatsink) - 냉각수

 

 

공냉식 배터리팩

서비스 플러그 ~ 유지보수 때 전원을 전부 끄기 위해

가운데 구멍이 많이 나 있는 공냉식 구조

공냉식모듈: CMA의 셀 사이사이에 삽입된 공기채널을 통해 냉각시키는 구조

 

공냉식 CMA

 

Heat sink (cooling plate)

직접수냉식: 배터리셀 사이마다 삽입

간접수냉식: 배터리팩 하단에 크게 설치

 

Cooling tube: 고무, 나일론 등

펌프: 배터리팩 자체 장착 또는 외부에서 연결

 

Duct(air-cooling type)

공냉식 구조의 공기를 균일하게 분사시켜주기 위해 만든 구조

유동구조 최적화 필요, Engineering plastic으로 만들어져

 

Fan: 용량, 소음, IP등급(외부의 오염물질들로부터 얼마나 차단될 수 있는지)

 

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

전기차] TMS 개발절차, TMS 종류, 각각의 설계

 

 

Structure (구조)

 

 

Structure: upper case, lower case, reinforce frame, bracket, tie-rod

 

 

Support bar

배터리팩 구조강도, 안전성 보강

Cell swelling(시간이 지나며 스웰링으로 퇴화), Vibration, Shock

 

 

Safety (안전 관련)

 

 

Safety: fuse venting service plug

Fuse

Survice plug

+ Foam seal, Rubber seal, Venting valve

 

 

Control (시스템 컨트롤, 조절 관련)

 

 

Control: Battery management system(BMS), sensor들

 

 

BMS

V/I/T control, SOC 조절, cooling control, cell balancing

보호: 과충전/과방전/과열/단락 방지

진단: 시스템 이상유무, 센서, 배터리 에러/건강 파악

시스템 I/F: 통신, relay control, data reporting

Slave BMS: 셀의 V/I/T sensing -> Master에 보고

Master BMS: 배터리 제어

2022.03.07 - [정리, 공부/제품 구성, 원리] - 전기차] BMS 기능 및 구성, 사양, 배터리 온도 균일화 방법

전기차] BMS 기능 및 구성, 사양, 배터리 온도 균일화 방법

 

 

 

Ref

 

렛유인 강의 + 산업분석 자료
현대자동차 H클레스
도서:

미래형 자동차 최신 기술동향과 자동차부품/경량소재 R&D 전략
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