세계 각국의 이산화탄소 배출량 규제에 따라 친환경 자동차에 대한 수요가 늘어나고 있다. 친환경 자동차 중에서 전기 자동차는 매년 25%의 성장률로 증가되는 추세이다. 전기 자동차의 지속적인 성장을 하기 위한 주요 과제는 배터리 가격의 감소, 전기차 활성화 정책, 주행거리 향상 등이다. 전기차 부품 중에서 배터리에서 전장품으로 전력을 공급해주는 역할은 Busbar가 담당하고 있다. 전기차에서 Busbar는 2차전지의 Module-Module, Pack-Pack, Cell-Cell간의 전기적 연결을 위한 부품으로 사용된다. Busbar는 주로 Cu로 제작되어 진다. 그 이유는 Cu가 101 IACS%로 ...
세계 각국의 이산화탄소 배출량 규제에 따라 친환경 자동차에 대한 수요가 늘어나고 있다. 친환경 자동차 중에서 전기 자동차는 매년 25%의 성장률로 증가되는 추세이다. 전기 자동차의 지속적인 성장을 하기 위한 주요 과제는 배터리 가격의 감소, 전기차 활성화 정책, 주행거리 향상 등이다. 전기차 부품 중에서 배터리에서 전장품으로 전력을 공급해주는 역할은 Busbar가 담당하고 있다. 전기차에서 Busbar는 2차전지의 Module-Module, Pack-Pack, Cell-Cell간의 전기적 연결을 위한 부품으로 사용된다. Busbar는 주로 Cu로 제작되어 진다. 그 이유는 Cu가 101 IACS%로 전기 전도율이 높기 때문이다. 전기 자동차 1대를 만드는데 필요한 Cu의 양은 약 80Kg이다. 하지만 이러한 전기 자동차의 성장으로 Cu의 원자재 가격이 시장의 수요에 따라 증가되고 있다. Cu Busbar는 Al Busbar에 비해 전기적 특성이 우수하지만, 무겁고 소재 비용이 비싼 단점이 있다. Cu Busbar의 단점을 극복하기 위해 Al Busbar가 개발되었지만, 전기적 특성과 기계적 특성이 낮고 갈바닉 부식에 매우 취약한 특성이 있기 때문에 Cu Busbar를 대체하기에는 한계가 있다. 최근에는 Cu와 Al의 장점을 모두 갖는 Cu-Al을 접합한 형태의 Hybrid Busbar에 대한 연구가 이루어지고 있다. Cu-Al 접합시 금속간화합물(Intermetallic Compound, IMC)의 발생으로 접합 방식에 따라 미세조직이 변화하고 기계적 성질이 달라질 수 있다. 금속간화합물의 발생은 Cu-Al 접합 계면에서 취성으로 나타나기 때문에 구조용 재료로서 사용은 좋지 않다. Cu-Al과 같은 이종재료의 접합에 마찰용접(Friction Welding, FW) 방식을 적용하게 되면 용접 접합 계면에서 금속간화합물이 발생하더라도 접합부에서 작용되는 가압력으로 금속간화합물을 용접 비드(Weld Flash) 형태로 배출이 가능하기 때문에 접합력을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 Cu-Al 마찰용접에 대한 최적의 마찰용접 공정조건 도출을 위한 연구를 수행하였다. 그리고 전도체로 사용시, 전류 인가에 따라 필연적으로 발생되는 온도에 의해 금속간화합물이 성장할 수 있는데, Cu-Al 접합 계면에서 온도와 시간변화에 따른 금속간화합물의 성장이 접합 강도와 같은 기계적 특성에 미치는 영향과 성장된 금속간화합물의 성분 분석, 그리고 시간에 따른 금속간화합물의 성장을 예측하는 연구를 수행하였다. 마지막으로 Cu-Al Busbar의 전기적 특성에 대한 연구를 수행하였다. 기존 접속재로 사용되고 있는 Cu Busbar와 마찰용접으로 제작된 Cu-Al Busbar의 전기적 특성을 비교 분석하였다. 그리고 정격 전류와 과부하 전류에서 각각의 온도상승 시험과 시뮬레이션을 통해 결과를 비교하여 분석하였다.
세계 각국의 이산화탄소 배출량 규제에 따라 친환경 자동차에 대한 수요가 늘어나고 있다. 친환경 자동차 중에서 전기 자동차는 매년 25%의 성장률로 증가되는 추세이다. 전기 자동차의 지속적인 성장을 하기 위한 주요 과제는 배터리 가격의 감소, 전기차 활성화 정책, 주행거리 향상 등이다. 전기차 부품 중에서 배터리에서 전장품으로 전력을 공급해주는 역할은 Busbar가 담당하고 있다. 전기차에서 Busbar는 2차전지의 Module-Module, Pack-Pack, Cell-Cell간의 전기적 연결을 위한 부품으로 사용된다. Busbar는 주로 Cu로 제작되어 진다. 그 이유는 Cu가 101 IACS%로 전기 전도율이 높기 때문이다. 전기 자동차 1대를 만드는데 필요한 Cu의 양은 약 80Kg이다. 하지만 이러한 전기 자동차의 성장으로 Cu의 원자재 가격이 시장의 수요에 따라 증가되고 있다. Cu Busbar는 Al Busbar에 비해 전기적 특성이 우수하지만, 무겁고 소재 비용이 비싼 단점이 있다. Cu Busbar의 단점을 극복하기 위해 Al Busbar가 개발되었지만, 전기적 특성과 기계적 특성이 낮고 갈바닉 부식에 매우 취약한 특성이 있기 때문에 Cu Busbar를 대체하기에는 한계가 있다. 최근에는 Cu와 Al의 장점을 모두 갖는 Cu-Al을 접합한 형태의 Hybrid Busbar에 대한 연구가 이루어지고 있다. Cu-Al 접합시 금속간화합물(Intermetallic Compound, IMC)의 발생으로 접합 방식에 따라 미세조직이 변화하고 기계적 성질이 달라질 수 있다. 금속간화합물의 발생은 Cu-Al 접합 계면에서 취성으로 나타나기 때문에 구조용 재료로서 사용은 좋지 않다. Cu-Al과 같은 이종재료의 접합에 마찰용접(Friction Welding, FW) 방식을 적용하게 되면 용접 접합 계면에서 금속간화합물이 발생하더라도 접합부에서 작용되는 가압력으로 금속간화합물을 용접 비드(Weld Flash) 형태로 배출이 가능하기 때문에 접합력을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 Cu-Al 마찰용접에 대한 최적의 마찰용접 공정조건 도출을 위한 연구를 수행하였다. 그리고 전도체로 사용시, 전류 인가에 따라 필연적으로 발생되는 온도에 의해 금속간화합물이 성장할 수 있는데, Cu-Al 접합 계면에서 온도와 시간변화에 따른 금속간화합물의 성장이 접합 강도와 같은 기계적 특성에 미치는 영향과 성장된 금속간화합물의 성분 분석, 그리고 시간에 따른 금속간화합물의 성장을 예측하는 연구를 수행하였다. 마지막으로 Cu-Al Busbar의 전기적 특성에 대한 연구를 수행하였다. 기존 접속재로 사용되고 있는 Cu Busbar와 마찰용접으로 제작된 Cu-Al Busbar의 전기적 특성을 비교 분석하였다. 그리고 정격 전류와 과부하 전류에서 각각의 온도상승 시험과 시뮬레이션을 통해 결과를 비교하여 분석하였다.
The demand for eco-friendly vehicles is increasing in accordance with regulations on carbon dioxide emissions around the world. Among them, electric vehicles are increasing at an annual growth rate of 25%. The main tasks for the continued growth of electric vehicles are a decline in battery prices, ...
The demand for eco-friendly vehicles is increasing in accordance with regulations on carbon dioxide emissions around the world. Among them, electric vehicles are increasing at an annual growth rate of 25%. The main tasks for the continued growth of electric vehicles are a decline in battery prices, an electric vehicle activation policy, and an improvement in mileage. Among EV parts, busbar is in charge of supplying electric power to electronic devices from batteries. The busbar is used as a component for electrical connection between the module to module, pack to pack, and cell to cell of the secondary batteries. Busbar is mainly manufactured using copper. This is because copper has a high electrical conductivity of 101 IACS%. The amount of copper required to make one electric vehicle is about 80Kg. However, with the growth of electric vehicles, the cost of copper is increasing due to market demand. Cu busbars have better electrical properties than Al busbars, but they have the disadvantage of being heavy and expensive in materials. Although Al busbars have been developed to overcome these shortcomings of Cu busbars, they have limitations in replacing copper busbar because they have low electrical and mechanical properties and are very susceptible to galvanic corrosion. In recent years, research on a hybrid busbar in the form of a Cu-Al bond having the advantages of copper and aluminum is being conducted. Depending on the bonding & welding conditions, intermetallic compounds (IMC) can occur at the copper-aluminum bonding interface. The formation of certain intermetallic compounds at the Cu-Al bonding interface is brittle, making it unsuitable for use as a structural material. If the friction welding(FW) method is applied to the joints of dissimilar materials such as Cu-Al, even if intermetallic compounds are generated at the weld joint interface, the intermetallic compounds are discharged in the form of welding flash due to the pressing pressure. That's why bonding strength can be improved. Therefore, in this study, a study was conducted to derive the optimum friction welding process conditions for friction welding of copper and aluminium. And when used as a conductor, intermetallic compounds can grow due to the temperature that inevitably occurs when applying an electric current. For that reason, studies were conducted to predict the effect of the growth of intermetallic compounds with temperature and time on the mechanical properties, analysis of the composition of intermetallic compounds, and the thickness growth of intermetallic compounds. Finally, a study was conducted on the electrical properties of Cu-Al busbar. The electrical properties of the Cu busbar used as the existing connecting material and the Cu-Al busbar manufactured by friction welding were compared and analyzed. And each result was compared and analyzed through the temperature rise test and the rated current and overload current simulation.
The demand for eco-friendly vehicles is increasing in accordance with regulations on carbon dioxide emissions around the world. Among them, electric vehicles are increasing at an annual growth rate of 25%. The main tasks for the continued growth of electric vehicles are a decline in battery prices, an electric vehicle activation policy, and an improvement in mileage. Among EV parts, busbar is in charge of supplying electric power to electronic devices from batteries. The busbar is used as a component for electrical connection between the module to module, pack to pack, and cell to cell of the secondary batteries. Busbar is mainly manufactured using copper. This is because copper has a high electrical conductivity of 101 IACS%. The amount of copper required to make one electric vehicle is about 80Kg. However, with the growth of electric vehicles, the cost of copper is increasing due to market demand. Cu busbars have better electrical properties than Al busbars, but they have the disadvantage of being heavy and expensive in materials. Although Al busbars have been developed to overcome these shortcomings of Cu busbars, they have limitations in replacing copper busbar because they have low electrical and mechanical properties and are very susceptible to galvanic corrosion. In recent years, research on a hybrid busbar in the form of a Cu-Al bond having the advantages of copper and aluminum is being conducted. Depending on the bonding & welding conditions, intermetallic compounds (IMC) can occur at the copper-aluminum bonding interface. The formation of certain intermetallic compounds at the Cu-Al bonding interface is brittle, making it unsuitable for use as a structural material. If the friction welding(FW) method is applied to the joints of dissimilar materials such as Cu-Al, even if intermetallic compounds are generated at the weld joint interface, the intermetallic compounds are discharged in the form of welding flash due to the pressing pressure. That's why bonding strength can be improved. Therefore, in this study, a study was conducted to derive the optimum friction welding process conditions for friction welding of copper and aluminium. And when used as a conductor, intermetallic compounds can grow due to the temperature that inevitably occurs when applying an electric current. For that reason, studies were conducted to predict the effect of the growth of intermetallic compounds with temperature and time on the mechanical properties, analysis of the composition of intermetallic compounds, and the thickness growth of intermetallic compounds. Finally, a study was conducted on the electrical properties of Cu-Al busbar. The electrical properties of the Cu busbar used as the existing connecting material and the Cu-Al busbar manufactured by friction welding were compared and analyzed. And each result was compared and analyzed through the temperature rise test and the rated current and overload current simulation.
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