EV 배터리의 열 관리

신에너지 자동차는 중국이 지원하는 프로젝트이다. 최근 몇 년 동안 빠르게 발전했습니다. 전기차의 차량 전체 기술과 부품 기술도 끊임없이 혁신되고, 새로운 기술과 프로세스가 끊임없이 도입됩니다. 방열 분야에서 전기 자동차 방열의 핵심은 전원 배터리 팩과 컨트롤러의 방열에 있습니다. 이 두 부분의 열 설계를 잘 수행하는 것도 전기 자동차의 안정적인 작동을 위해 꼭 필요한 보장입니다.

배터리의 안전한 작동은 주변 온도에 따라 크게 달라집니다. 리튬 배터리의 작동 온도는 0-50 도이며 최적의 작동 온도는 20-40 도입니다. 온도가 50도를 초과하면 배터리 팩의 열 축적이 배터리 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 배터리 온도가 80도를 초과하면 배터리 팩이 폭발할 수 있습니다. 2023년 중국 전기차 판매량은 940만대에 달한다. 따라서 사회적 안전사고 발생을 줄이기 위해서는 전기차의 핵심부품인 배터리의 열관리 설계가 특히 중요하다.

배터리 열 관리 시스템에는 능동 및 수동 모드가 포함되며 능동 열 관리에는 공냉식, 액체 냉각 및 냉매 냉각이 포함됩니다. 수동 열 관리에는 자연 냉각, 히트 파이프 냉각, 상변화 재료가 포함됩니다. 리튬 배터리의 열 관리 기술에는 크게 공랭식, 액체 냉각, 히트파이프 냉각, 상변화 냉각 등 4가지 유형이 있습니다.

공기 냉각은 공기를 열 교환 매체로 사용하여 전원 배터리 시스템의 내부 온도를 제어하고 분산시킵니다. 공기 냉각은 열 방출 및 환기 방법에 따라 직렬 환기와 병렬 환기로 나눌 수 있습니다. 공냉식 기술은 열전도율이 낮고 배터리 팩 온도 균일성에 대한 제어 효과가 떨어지는 등의 단점이 있습니다. 전력 리튬 배터리의 에너지 밀도가 높아지는 추세로 인해 공기 냉각은 열 관리 기술 요구 사항을 충족하기가 점차 어려워지고 있습니다.

액체 냉각은 냉각수를 열교환 매체로 사용하여 전원 배터리 시스템의 내부 온도를 제어하고 분산시킵니다. 이 시스템은 일반적으로 워터 펌프와 파이프라인을 사용하여 배터리 시스템 내의 냉각수 흐름을 완료합니다. 액체 냉각은 높은 냉각 효율, 높은 열전도율 등의 장점을 가지며 배터리 팩의 온도 일관성을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 액체 누출로 인해 배터리 단락이 발생할 수 있으므로 액체 냉각에는 높은 밀봉 요구 사항이 필요하며 이는 액체 냉각의 안전 문제입니다. 동시에 액체 냉각은 전체 리튬 배터리 시스템의 무게를 증가시켜 전력 리튬 배터리의 경량화 추세에 도움이 되지 않습니다.

히트 파이프 냉각은 열 전도를 달성하기 위해 상 변화를 활용하는 열 관리 시스템입니다. 히트파이프는 증발부, 단열부, 응축부로 구성됩니다. 밀봉된 공기 덕트 내부의 매체는 증발 단계에서 배터리에서 발생하는 열을 흡수한 다음 응축 구간을 통해 외부 환경으로 열을 전달하여 배터리 팩을 빠르게 냉각시키는 효과를 얻습니다.

상변화물질은 특정 온도 범위 내에서 물리적 상태를 변화시킬 수 있는 물질이다. 상변화 냉각은 빠른 방열, 높은 온도 균일성, 저온 절연 등의 장점이 있습니다. 또한 상변화물질의 종류에 따라 상변화물질을 다른 물질과 결합하여 물리화학적 특성을 향상시킬 수도 있다. 냉각을 위해 상변화 물질을 사용하면 배터리에서 추가 에너지를 소비하지 않고도 배터리 시스템이 차지하는 공간을 줄일 수 있습니다. 하지만 열전도율이 낮고 누출이 쉽다는 단점도 있습니다. 상변화 냉각을 다른 열 관리 방법과 결합하여 상변화 물질이 흡수한 열을 외부 환경으로 적시에 방출한다면 상변화 물질의 냉각 효과를 지속적으로 활용할 수 있습니다.

현재 전기차의 거듭남에서는 배터리 열관리 기술 혁신이 항상 매우 중요한 위치에 놓이게 됩니다. 앞으로 전기 자동차 배터리 열 관리 시스템은 효율성 향상, 비용 절감, 지능 향상 등 다양한 측면에서 지속적으로 발전할 것입니다.