전기 자동차용 리튬 이온 파우치 배터리의 고속 방전 구동 시 수냉식 간접 냉각 방식에 대한 열 특성 해석

Abstract

교통 수송 분야는 에너지 소비와 환경에 매우 큰 영향을 끼친다.현재 가장 좋은 해결책은 바로 신 에너지 차이며 순수 전기차는 대량의 리튬이온배터리를 사용한다.하지만 고 에너지와 고 용량의 동력 배터리는 높은 출력을 낼 경우 엄청난 양의 열이 생성된다.또한 배터리의 온도는 배터리의 성능과 수명에 매우 큰 영향을 미치기 때문에 배터리를 적정 온도 범위 내에서 제어하는 것은 현재 해결해야 할 문제다.조기 냉각은 주로 팬을 이용한 공기 냉각인데 배터리 용량과 출력이 요구되면서 액체냉각으로 이 문제를 해결할 수 있다.액체 냉각은 주로 냉각 판을 이용해 배터리와 접촉해 발생하는 열을 가져간다.냉각액은 냉각 판 내의 고정된 배관에서 냉각 판의 온도를 가져간다.본문은 항온 환경에서 측정한 배터리 생열률을 이용하여 수치 분석 방법을 채택하여 배터리에 대한 수치를 의합 하여 배터리의 열 특성을 연구한다.수치 결과와 실험 데이터를 검증해 준비된 모델이다.배터리는 넓은 면적의 금속 조각을 이용하여 접촉하여 배터리의 열 전달을 빠르게 한다.그리고 배터리 냉각 판 안의 냉각액을 이용해 배터리의 열을 빼낸다.두 종류의 냉각 방식을 비교하여 냉각 판을 드나들며 냉각 효과를 비교한다.|A transient three-dimensional thermofluidic model was developed to simulate fluid flow and heat transfer of a lithium-ion pouch battery pack with liquid cooling systems during high-current discharge process for an effective thermal management system. A typical electric vehicle battery pack with an in-direct liquid coolant channel was set as a reference design, and the cooling performance was examined in the aspect of maximum temperature and temperature uniformity of the battery pack with various operating conditions. The numerical model agreed well with the experiment results and the error rate between the experiment and numerical model was lower than 5%. Subsequently, a parametric study was performed with various operating variables such as coolant flow rates, flow directions and current discharge rates to determine the heat transfer characteristics of the battery system. The results showed that the maximum temperature of the battery was inversely proportional to the coolant flow rate, while the temperature difference between batteries increased proportionally. To improve the cooling performance of the thermal management system, counter-flow type coolant channel was suggested and analyzed to enhance the cooling performance and temperature uniformity of the battery pack.