- 전기차 배터리 TMS 개발절차
- 전기차 배터리 TMS 종류
- 전기차 배터리 TMS, 공랭식
- 전기차 배터리 TMS, 수냉식
전기차 배터리 TMS 개발절차
(1) 배터리셀 기초 데이터 획득: 열물성, 내부저항, 발열량 -> 배터리팩 layout 검토(얻은 데이터로 검토) 및 냉각방식 결정(공?수?)
(2) 배터리 모듈/팩 설계
(3) 배터리모듈/팩 3차원 열해석 ~ 배터리팩 내부에 열이 균일? 열저항 얼마(해석값)?
(4) 시제품 제작 및 실험 – 열적 거동을 테스트 – 실제 열저항(실험값) 획득
(5) 실제 열저항 값을 가지고 3차원 열해석 재수행 – 설계개선 및 해석모델 보완 – 열저항 보정 ~ 시뮬레이션 값의 정확도를 높인다.
(6) 최종적으로 얻은 열저항 값을 가지고 long-term simulation 장기간에 걸친 자동차에서의 열적거동을 예측할 수 있다. - 3차원 해석결과와 비교 – 설계보완 – 설계확정
전기차 배터리 TMS 종류
대체로
공기로 식히는 공냉식
물로 식히는 수냉식 사용
전기차 배터리 TMS, 공랭식
공냉식(air cooling system)
Air blower 사용
장점
- 간단한 팩 구성
- 견고함
- 가격이 낮음
단점
- 배터리팩의 에너지 밀도 감소
- 팬에 의한 소음
- 외기에 의한 오염 가능성
- 더운 지역에서 냉각성능 저하
공냉 구멍이 필요하기에 배터리팩의 크기가 커지고 에너지 밀도 감소
유동구조를 어떻게 설계하느냐가 관건
전기차 배터리 TMS, 수냉식
수냉식(liquid cooling system)
장점
- 배터리팩의 에너지밀도 높음
- 냉각 효율이 뛰어남
단점
- 많은 부품(펌프, 힛싱크 등)과 복잡한 시스템
- 비싼 가격
- 냉각수 유출(leak) 가능성
1. 직접수냉식
셀 사이에 cooling plate 설치
= 배터리 밀도 떨어지고 비싼가격
2. perimeter cooling
배터리셀 외곽만 냉매 흘러 + 셀 사이마다 모두 흘러
= 배터리 밀도 떨어져 + 무거워(수많은 튜브와 많은 양의 냉각수) + 유출 위험 증가
3. Fin cooling (간접수냉식)
셀 사이에 방열핀 설치 -> 히트싱크로 전달 -> 냉각수를 흘려 열 방출
열전달: 배터리 - 방열핀 - TIM - 히트싱크 - 냉각수 루프
단열설계: 혹한기, 혹서기에 배터리셀이 외기의 영향을 받지 않도록 TMS 설계
특히 차량의 바닥부분에 위치하는 배터리, 노면(차량 바깥)으로 부터의 열전달 차단을 위한 단열 설계
4. 직팽식(refrigerant cooling system)
냉매를 직접 팽창시켜 냉각
에어컨시스템을 합치기 때문에 복잡 (콘덴서 + 팽창기 + 압축기 + 시스템 온도 및 여러 특성에 맞는 냉매 선정)
열전달: 배터리 - 방열핀 - TIM - 히트싱크 - 냉각수 루프
단열설계: 혹한기, 혹서기에 배터리셀이 외기의 영향을 받지 않도록 TMS 설계
특히 차량의 바닥부분에 위치하는 배터리, 노면(차량 바깥)으로 부터의 열전달 차단을 위한 단열 설계
마치며
- 열 ~ 물리적으로 열이 발생하는 부분 = 전기시스템 램프 전력의 과부하로 인한 온도의 상승 ~ 전선은 녹음 ~ 온도에 관련한 이슈는 많다.
- 샤시가 대부분이기는 하지만, 전장 시스템도 발열 이슈가 많고 ~ 전장품이 많다보니 특히 열 관련 이슈가 많다.
- 수냉식이 가장 효율이 좋아 대부분이 수냉식으로 하려고 하지만, 무게 등의 이슈로 인해 기체를 사용하는,, 열전달 열효율만 생각할 수 있는 시대가 아니라고도 한다.
효율은 수냉식이 좋지만,
복잡한 시스템, 무거운 시스템으로 인해 무게와 주행거리가 중시되는 현재의 전기차에서 무조건적인 수냉 보다 공랭이 필요하다고도 한다.
(수냉이 무겁지만 배터리의 에너지밀도는 높게 가져갈 수 있으니 어느정도의 절충아니 필요할 것 같다.)
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
https://patents.google.com/patent/KR20130060758A/ko
https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO201606776008542.pdf
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