리튬이온 이차전지는 현대 전자통신 기기의 복잡한 요구조건을 충족시킬 수 있는 높은 에너지밀도와 안정성을 가지고 있어 세계적으로 다양한 분야에 적용되고 있다. 그 중에서도 전기자동차, 하이브리드 자동차에 고용량의 리튬이온 이차전지가 활발히 적용되고 있으며, 이를 위해서 자동차 배터리가 고전류로 작동할 때 발생하는 열을 효율적으로 제어할 수 있는 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 고전류로 작동하는 ...
리튬이온 이차전지는 현대 전자통신 기기의 복잡한 요구조건을 충족시킬 수 있는 높은 에너지밀도와 안정성을 가지고 있어 세계적으로 다양한 분야에 적용되고 있다. 그 중에서도 전기자동차, 하이브리드 자동차에 고용량의 리튬이온 이차전지가 활발히 적용되고 있으며, 이를 위해서 자동차 배터리가 고전류로 작동할 때 발생하는 열을 효율적으로 제어할 수 있는 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 고전류로 작동하는 베터리의 냉각을 효율적으로 제어할 수 있는 공냉 시스템을 찾기 위하여 다양한 방식의 공냉 방식을 실험과 해석을 통해 비교하였다. 먼저 파우치 타입의 약 21Ah 리튬이온 배터리가 3C 이상의 고전류로 방전할 때 배터리의 탭 부분의 온도가 급증하는 것을 실험으로 확인하였다. 이 결과를 바탕으로 배터리가 고전류로 작동할 때 전기저항 발열을 비롯한 배터리 발열을 효과적으로 제어할 수 있는 냉각 방식을 찾기 위해 세 가지의 공기냉각 시스템을 제안하였다. 첫 번째 공냉 시스템은 cell의 표면과 탭 부분을 모두 냉각하는 entire cooling 방법, 두 번째 공냉 시스템은 cell의 표면만 냉각하는 surface cooling 방법, 세 번째 공냉 시스템은 탭 부분을 집중 냉각하는 tab cooling 방법을 제안하였다. 모든 실험은 4C 고전류 실험과 1C 저전류 실험을 병행하여 진행하였다. 저전류 실험에서 cell의 온도분포는 모든 냉각시스템이 1℃ 이내로 유사하였다. 고전류 실험에서 온도분포 편차가 2.2℃로 제일 작은 entire cooling 방법이 가장 효율적인 냉각 시스템이였다. 시뮬레이션 해석을 위해 실험에 사용한 파우치 배터리의 내부 층상 구조를 반영하여 모델링하였고, 배터리의 전기저항 발열을 계산하기 위하여 전극판에서 생성되고 흐르는 전자의 흐름과 열전달을 커플링하여 해석하였다. 또한 실험과 동일한 환경을 적용하기 위해 세가지의 냉각방법마다 fan에 의해 집중냉각 되는 부분을 대류열전달 계수를 이용하여 모델링에 지정하였다. 이에 따라 저전류 해석에서 탭의 온도와 탭의 근처에 있는 cell의 표면온도는 모두 유사하였지만 tab cooling 방법에서 탭과 거리가 먼 표면온도는 대략 1℃ 높았다. 고전류 해석에서 tab cooling 방법의 탭과 표면온도의 온도편차가 4℃이상 급증하였고 surface cooling과 entire cooling 방법의 표면온도는 유사하였지만 surface cooling의 탭의 온도가 상승하여 c-rate가 높아질수록 entire cooling 방법이 가장 효율적인 시스템인 것을 입증하였다. 실험과 해석의 온도분포의 최대오차율은 4.9%이며 평균오차율은 1.7%인 것을 확인하였다.
리튬이온 이차전지는 현대 전자통신 기기의 복잡한 요구조건을 충족시킬 수 있는 높은 에너지밀도와 안정성을 가지고 있어 세계적으로 다양한 분야에 적용되고 있다. 그 중에서도 전기자동차, 하이브리드 자동차에 고용량의 리튬이온 이차전지가 활발히 적용되고 있으며, 이를 위해서 자동차 배터리가 고전류로 작동할 때 발생하는 열을 효율적으로 제어할 수 있는 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 고전류로 작동하는 베터리의 냉각을 효율적으로 제어할 수 있는 공냉 시스템을 찾기 위하여 다양한 방식의 공냉 방식을 실험과 해석을 통해 비교하였다. 먼저 파우치 타입의 약 21Ah 리튬이온 배터리가 3C 이상의 고전류로 방전할 때 배터리의 탭 부분의 온도가 급증하는 것을 실험으로 확인하였다. 이 결과를 바탕으로 배터리가 고전류로 작동할 때 전기저항 발열을 비롯한 배터리 발열을 효과적으로 제어할 수 있는 냉각 방식을 찾기 위해 세 가지의 공기냉각 시스템을 제안하였다. 첫 번째 공냉 시스템은 cell의 표면과 탭 부분을 모두 냉각하는 entire cooling 방법, 두 번째 공냉 시스템은 cell의 표면만 냉각하는 surface cooling 방법, 세 번째 공냉 시스템은 탭 부분을 집중 냉각하는 tab cooling 방법을 제안하였다. 모든 실험은 4C 고전류 실험과 1C 저전류 실험을 병행하여 진행하였다. 저전류 실험에서 cell의 온도분포는 모든 냉각시스템이 1℃ 이내로 유사하였다. 고전류 실험에서 온도분포 편차가 2.2℃로 제일 작은 entire cooling 방법이 가장 효율적인 냉각 시스템이였다. 시뮬레이션 해석을 위해 실험에 사용한 파우치 배터리의 내부 층상 구조를 반영하여 모델링하였고, 배터리의 전기저항 발열을 계산하기 위하여 전극판에서 생성되고 흐르는 전자의 흐름과 열전달을 커플링하여 해석하였다. 또한 실험과 동일한 환경을 적용하기 위해 세가지의 냉각방법마다 fan에 의해 집중냉각 되는 부분을 대류열전달 계수를 이용하여 모델링에 지정하였다. 이에 따라 저전류 해석에서 탭의 온도와 탭의 근처에 있는 cell의 표면온도는 모두 유사하였지만 tab cooling 방법에서 탭과 거리가 먼 표면온도는 대략 1℃ 높았다. 고전류 해석에서 tab cooling 방법의 탭과 표면온도의 온도편차가 4℃이상 급증하였고 surface cooling과 entire cooling 방법의 표면온도는 유사하였지만 surface cooling의 탭의 온도가 상승하여 c-rate가 높아질수록 entire cooling 방법이 가장 효율적인 시스템인 것을 입증하였다. 실험과 해석의 온도분포의 최대오차율은 4.9%이며 평균오차율은 1.7%인 것을 확인하였다.
Lithium-ion secondary batteries have high energy density and stability that can meet the complex requirements of modern telecommunications devices, and are applied to a wide variety of fields worldwide. among them, high-capacity lithium-ion secondary batteries are actively applied to EV and HEV, and...
Lithium-ion secondary batteries have high energy density and stability that can meet the complex requirements of modern telecommunications devices, and are applied to a wide variety of fields worldwide. among them, high-capacity lithium-ion secondary batteries are actively applied to EV and HEV, and many studies have been conducted to efficiently control the heat generated when the vehicle battery operates at a high currents. this study compared various air cooling methods through experiments and analysis to find an air cooling system that can efficiently control the cooling of batteries operating at high current. experiments confirmed that the temperature of the tap portion of the battery soared when a pouch-type lithium-ion battery of about 21Ah discharged to a high current of more than 3C. based on this result, when the battery is operating at high currents, three air cooling systems were proposed to find a cooling method that can effectively control battery heat including electrical resistance heat The first air-cooling system proposed an entire cooling method to cool both the surface and the tab-cooling method, the second air-cooling system to cool only the surface of the cell, and the third air-cooling method to cool only the tab-cooling method. all experiments were carried out in parallel with the 4C high-current experiment and the 1C low-current experiment. in the low current experiment, the temperature distribution of cell was similar to that of all cooling systems within 1℃. in the high current experiment, the entire cooling method with the smallest temperature distribution deviation of 2.2℃ was the most efficient cooling system. To analyze the simulation, it is modeled to reflect the sub-layer structure of the pouch battery, and to calculate the resistance heat of the battery, this study used the flow of electron along with the heat transfer which both are created on the electrode plate. In addition, to apply the same environment as in the experiment, the part that is intensively cooled by the fan in every three cooling methods is specified in the modeling using convection heat transfer coefficients. Accordingly, in the low current analysis, the temperature of the tab and the surface temperature of the cell near the tab were both similar, but in the tab cooling method, the surface temperature farther from the tab was approximately 1℃ higher. In the high current analysis, the temperature deviation between the tab and surface temperature of the tab cooling method increased by more than 4℃, and the surface temperature of the surface cooling and entire cooling method was similar, but the temperature of the tab of the surface cooling method increased, and as the c-rate increased, the entire cooling method proved to be the most efficient system. it was confirmed that the maximum error rate of the temperature distribution of the experiment and analysis was 4.9% and the average error rate was 1.7%.
Lithium-ion secondary batteries have high energy density and stability that can meet the complex requirements of modern telecommunications devices, and are applied to a wide variety of fields worldwide. among them, high-capacity lithium-ion secondary batteries are actively applied to EV and HEV, and many studies have been conducted to efficiently control the heat generated when the vehicle battery operates at a high currents. this study compared various air cooling methods through experiments and analysis to find an air cooling system that can efficiently control the cooling of batteries operating at high current. experiments confirmed that the temperature of the tap portion of the battery soared when a pouch-type lithium-ion battery of about 21Ah discharged to a high current of more than 3C. based on this result, when the battery is operating at high currents, three air cooling systems were proposed to find a cooling method that can effectively control battery heat including electrical resistance heat The first air-cooling system proposed an entire cooling method to cool both the surface and the tab-cooling method, the second air-cooling system to cool only the surface of the cell, and the third air-cooling method to cool only the tab-cooling method. all experiments were carried out in parallel with the 4C high-current experiment and the 1C low-current experiment. in the low current experiment, the temperature distribution of cell was similar to that of all cooling systems within 1℃. in the high current experiment, the entire cooling method with the smallest temperature distribution deviation of 2.2℃ was the most efficient cooling system. To analyze the simulation, it is modeled to reflect the sub-layer structure of the pouch battery, and to calculate the resistance heat of the battery, this study used the flow of electron along with the heat transfer which both are created on the electrode plate. In addition, to apply the same environment as in the experiment, the part that is intensively cooled by the fan in every three cooling methods is specified in the modeling using convection heat transfer coefficients. Accordingly, in the low current analysis, the temperature of the tab and the surface temperature of the cell near the tab were both similar, but in the tab cooling method, the surface temperature farther from the tab was approximately 1℃ higher. In the high current analysis, the temperature deviation between the tab and surface temperature of the tab cooling method increased by more than 4℃, and the surface temperature of the surface cooling and entire cooling method was similar, but the temperature of the tab of the surface cooling method increased, and as the c-rate increased, the entire cooling method proved to be the most efficient system. it was confirmed that the maximum error rate of the temperature distribution of the experiment and analysis was 4.9% and the average error rate was 1.7%.
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