열가소성 복합재 배터리 트레이는 신에너지 자동차 분야에서 핵심 기술로 자리 잡고 있습니다. 이러한 트레이는 경량성, 뛰어난 강도, 내식성, 설계 유연성 및 우수한 기계적 특성 등 열가소성 소재의 여러 장점을 결합하고 있습니다. 이러한 특성은 배터리 트레이의 내구성과 신뢰성을 보장하는 데 매우 중요합니다. 또한, 열가소성 배터리 팩의 냉각 시스템은 배터리 성능 유지, 수명 연장 및 안전한 작동에 필수적인 역할을 합니다. 효과적인 열 관리 시스템은 모든 작동 조건에서 배터리를 원하는 온도 범위 내로 유지하여 배터리 효율과 안전성을 향상시킵니다.
고속 충전을 위한 핵심 기술로서, 카우텍스는 트랙션 셀을 냉각 과정의 증발기로 활용하는 2상 침수 냉각 방식을 시연했습니다. 이 2상 침수 냉각 방식은 최적의 배터리 작동 온도에서 배터리 팩 내부의 온도 균일성을 극대화하면서 3400 W/m²·K에 달하는 매우 높은 열 전달률을 달성합니다. 결과적으로, 배터리 열 관리 시스템은 6C 이상의 충전 속도에서도 열 부하를 안전하고 지속적으로 관리할 수 있습니다. 또한, 2상 침수 냉각 방식은 열가소성 복합재 배터리 쉘 내부의 열 확산을 효과적으로 억제하는 동시에, 주변 환경으로 최대 30°C까지 열을 방출합니다. 이 열 순환은 가역적이므로 저온 환경에서도 배터리를 효율적으로 가열할 수 있습니다. 유동 비등 열 전달 방식을 적용하여 증기 기포 붕괴 및 그로 인한 캐비테이션 손상 없이 지속적으로 높은 열 전달률을 유지합니다.
카우텍스의 직접 2상 침지 냉각 방식에서는 냉각액이 배터리 하우징 내부의 배터리 셀과 직접 접촉하는데, 이는 냉매 사이클의 증발기와 유사합니다. 셀 침지는 열 전달을 위해 셀 표면적을 최대한 활용할 수 있도록 하며, 냉각액의 지속적인 증발, 즉 상변화는 최적의 온도 균일성을 보장합니다. 개략도는 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2. 2상 침수 냉각의 작동 원리
유체 분배에 필요한 모든 구성 요소를 열가소성 비전도성 배터리 외피에 직접 통합하는 아이디어는 지속 가능한 접근 방식이 될 것으로 기대됩니다. 배터리 외피와 배터리 트레이를 동일한 재질로 만들면 구조적 안정성을 위해 용접할 수 있으며, 캡슐화 재료가 필요 없어지고 재활용 과정이 간소화됩니다.
연구 결과에 따르면 SF33 냉각제를 사용하는 2단계 침지 냉각 방식이 배터리 열 전달에 있어 탁월한 열 방출 능력을 보여줍니다. 이 시스템은 모든 테스트 조건에서 배터리 온도를 34~35°C 범위로 유지하여 우수한 온도 균일성을 입증했습니다. SF33과 같은 냉각제는 대부분의 금속, 플라스틱 및 엘라스토머와 호환되며 열가소성 배터리 케이스 재질을 손상시키지 않습니다.
그림 3 배터리 팩 열전달 측정 실험 [1]
또한, 실험 연구에서는 자연 대류, 강제 대류, SF33 냉각제를 사용한 액체 냉각 등 다양한 냉각 전략을 비교했으며, 그 결과 2상 침지 냉각 시스템이 배터리 셀 온도를 유지하는 데 매우 효과적인 것으로 나타났습니다.
전반적으로, 2단계 침수 냉각 시스템은 전기 자동차 및 에너지 저장이 필요한 기타 응용 분야에 효율적이고 균일한 배터리 냉각 솔루션을 제공하여 배터리 내구성과 안전성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
게시 시간: 2024년 10월 14일