[배터리] 배터리팩 열관리시스템

배터리팩 TMS(열관리시스템)

• TMS의 필요성
• TMS의 종류 및 특징

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TMS의 필요성

리튬이온전지의 성능 및 수명 확보를 위해 적절한 온도를 유지 → 15~40℃

• 고온환경에 노출 시
  • 화학적 부반응으로 인한 가스발생 및 팽창
  • 내부저항 증가 및 비가역적 용량 감소
• 저온환경에 노출 시
  • 출력저하
  • 음극의 리튬 석출로 인한 비가역적인 용량 감소
• 냉각 방식
  • 수냉식 배터리팩 : 10년 후에도 여전히 EOL에 도달하지 않고 사용가능
  • 공냉식 배터리팩 : 저저항셀을 탑재하여 발열량이 적어 10년뒤에도 사용 가능 (가격↑)

*EOL(End Of Life) : 배터리셀의 수명이 끝났다고 판단되는 시점. EOL 용량은 BOL 대비 대략 70%로 평가

*BOL(Birth Of Life) : 배터리셀이 공장에서 처음 출고되었을 때

 

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TMS의 종류 및 특징

1. 공냉식 Air cooling system

• 장점
  • 간단한 팩 구성
  • 견고함
  • 가격이 낮음
• 단점
  • 배터리팩의 에너지 밀도 감소
  • 팬에 의한 소음
  • 외기에 의한 오염 가능성
  • 더운 지역에서 냉각성능 저하

 

2. 수냉식 Liquid cooling system

• Chiller는 2차 냉각수 루프의 냉각수를 냉각하는데 사용되는 열교환기 plate이다. (The chiller is a plate heat exchanger that is used to cool down the coolant of the secondary coolant loop with the refrigerant.)
• 장점
  • 배터리팩의 에너지밀도 높음
  • 냉각효율이 뛰어남
• 단점
  • 많은 부품과 복잡한 시스템
  • 비싼가격
  • 냉각수 유출 가능성

 

3. 직팽식 Refrigerant cooling system

• 냉매를 직접 팽창시켜 냉각
• 장점
  • 높은 에너지 밀도
  • 냉각 효율이 뛰어남
• 단점
  • 복잡한 시스템(HVAC와 통합)
  • 냉매 유출 가능성

*HVAC(Heeting, ventilating, air conditioning) : 실내 공조장치

 

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배터리셀 적층 구조

• 공냉식 Air cooling system 
  • 어떻게 하면 공기를 균일하게 보낼 수 있는지 고려

• 수냉식 Liquid cooling system
  1. 직접수냉식 Face cooling : 셀 사이에 cooling plate 설치
  2. Perimeter cooling : 배터리셀 외곽에만 냉매가 흐름. 수많은 튜브로 인한 냉각수 유출 가능성多
  3. 간접수냉식 Fin cooling : 셀 사이에 방열핀 설치 → 히트싱크로 전달 → 냉각수를 통해 열을 밖으로 방출

 

참고자료

Energy consumption of battery cooling in hybrid electric vehicles

Cooling efficiency improvement of air-cooled battery thermal management system through designing the flow pattern