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문제 정의
- 이러한 변수들에 따라, 냉각판과 배터리셀의 온도 해석을 실시하였다. 그리고 발열량에 따라서 온도 분포가 어떻게 달라지는지도 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 각각의 케이스별 최적의 형태를 선정하였고, 각 케이스의 최적의 형태를 비교해서 가장 효율적인 냉각형태를 도출해보았다.
- 1면 냉각판 면적과 2면 냉각판 면적을 동일면적으로 부착면수만 달리하여서 Table 2와 같이 여러 형태의 냉각 판을 이용하여 해석해 보았다. 면적을 여러 가지 다른 형태로 변형해서, 같은 면적이지만 형태를 다르게 함으로써 최적의 냉각 형태를 찾고자 함이다. 종류를 나눈 기준은 A의 경우에는 냉각판의 개수와 냉각판 사이 간격의 균일한 정도를 변수로 놓고 분류하였다.
- 본 연구는 배터리의 다양한 설계요소 변화에 따른 온도분포 해석을 실시했고, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
가설 설정
- 배터리를 간단히 2D로 modeling을 한 후에 이중에 하나의 배터리와 하나의 알루미늄판만을 해석하였다. 2D 모델링은 알루미늄판과 배터리의 온도분포가 대칭이라고 가정하고 알루미늄판과 배터리의 1/2만 모델링 하였다.
- 3) 냉각판의 면이 늘어날수록 배터리의 온도편차가 줄어든다. 또한 같은 면적의 냉각판으로도 냉각 판 배치 형태에 따라서 냉각 성능(평균온도와 온도 편차)에 현격한 차이가 생긴다는 것을 알 수 있다.
- 특히 자동차의 경우에, 자동차가 요구하는 용량 및 출력을 충족시키기 위해서는 제한된 공간 내에 수백 개의 전지를 연결해야 하는데, 이때 전지의 열 발생에 의해 열 폭주(Thermal runaway) 현상이나 전지 팩의 비정산적인 온도 분포로 인한 문제가 다른 휴대용 장치 리튬이온 전지와 비교 할 수 없을 정도로 크다.3,4) 특히 전지 팩의 비정상적인 온도 분포는 전지의 수명이 단축되고 짧게는 전지의 성능을 제대로 활용하지 못하게 된다. 때문에 전기자동차의 실용화를 앞당기기 위해서는 보다 체계적인 전지 팩의 열관리 기술이 요구된다.
- 냉각판 면의 개수에 따른 냉각 성능의 파악을 위해 냉각판 면 개수의 변화를 주어서 1면, 2면, 3면일 때의 해석을 진행하였다. 배터리 위쪽 면은 배터리 탭이 연결되어 냉각판이 접촉할 수 없기 때문에 윗면은 냉각판이 접촉할 수 없다고가정하여 3면의 해석만 진행하였다. 그 결과 Fig.
- 알루미늄 냉각판의 옆면 부분 중 냉각 판과 닿지 않는 부분은 모두 단열조건을 주었고 알루미늄 냉각판과 맞닿는 셀의 내부 전체에서 균일한 발열이 일어난다고 가정하였다. 알루미늄 냉각 판과 냉각판이 닿는 부분은 냉각판 온도인 25℃로 일정하다고 가정하였다.
- 배터리 사양과 해석 조건을 Table 1에 나타내었다. 알루미늄 냉각판의 옆면 부분 중 냉각 판과 닿지 않는 부분은 모두 단열조건을 주었고 알루미늄 냉각판과 맞닿는 셀의 내부 전체에서 균일한 발열이 일어난다고 가정하였다. 알루미늄 냉각 판과 냉각판이 닿는 부분은 냉각판 온도인 25℃로 일정하다고 가정하였다.
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