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전기자동차 배터리 팩 형상이 배터리 셀 주위의 강제대류에 미치는 영향에 대한 수치해석
A Numerical Study on the Effect of Battery-pack Shape of Electric Vehicle on the Forced Convection Around Battery Cells 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.16 no.1, 2017년, pp.16 - 21  

김교현 (서울과학기술대학교 기계자동차공학과) ,  김태완 (서울과학기술대학교 기계자동차공학과) ,  우만경 (서울과학기술대학교 기계자동차공학과) ,  전병진 (연세대학교 의과대학, 심장융합영상연구센터) ,  최형권 (서울과학기술대학교 기계자동차공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the effect of battery-package shape of electric vehicle on the forced convection around a group of battery cells has been numerically investigated. Simulations for the two package shapes with straight/curved ducts have been conducted to examine the two design factors; the maximum temp...

주제어

#Battery-pack shape   #Forced convection   #Conjugate heat transfer   #Cell durability   #Temperature distribution  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 전기자동차 배터리 케이스의 상단 형상과 배터리의 발열 방식이 배터리 케이스 내부의 유동과 온도 분포에 미치는 영향에 대해서 고찰 하고자 한다.

가설 설정

  • 입구(inlet)는 pressure outlet 조건을 적용하였으며, 입구를 통해 외부로부터 들어오는 공기와 배터리 팩 내의 초기 온도는 상온(300 K)이다. 배터리 팩과 외부 공기(차체 내부) 간의 열교환은 자연대류 조건으로 가정하였다. 이에 따른 배터리 팩 표면에서의 대류열전달 계수를 5 W/m²·K로 적용하여 해석하였다[11].
  • 64 W/m·K로 계산되었다. 본 연구에서는 전극의 두께(1mm)가 매우 얇다는 가정하에 전극과 셀의 열전도도를 동일하게 적용하여 해석을 수행하였다. Table.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
배터리 팩 내부의 발열은 무엇을 유발하는가? 1970년대에 노트북에서 많이 사용 되었던 리튬-이온 배터리는 니켈수소 또는 리튬-폴리머 배터리보다 발열이 심하고 폭발 위험이 있다. 또한, 배터리 팩 내부의 발열은 셀의 성능 저하와 수명 감소를 유발한다. 따라서, 배터리팩 내부 온도 감소를 위한 환기 및 열 차단 시스템 설계는 매우 중요한 부분을 차지한다.
주요 국가들이 전기자동차, 하이브리드 자동차의 개발 및 보급화를 위해 다양한 정책을 펴는 이유는? 최근에는 환경오염 문제로 인하여 자동차 배기 가스에 대한 규제가 강화되고 있다. 이에 대비하여, 주요 국가들은 전기자동차, 하이브리드 자동차의 개발 및 보급화를위해 다양한 정책을 펴고 있는 추세이다.
배터리가 차지하는 부피를 줄이고 생산 비용의 절감을 위해, 대부분 개발사에서는 무슨 방법을 사용하는가? 따라서, 배터리팩 내부 온도 감소를 위한 환기 및 열 차단 시스템 설계는 매우 중요한 부분을 차지한다. 배터리가 차지하는 부피를 줄이고 생산 비용의 절감을 위해, 대부분의 개발사에서는 배터리 셀 사이의 간격은 줄이고 팬을 이용하여 배터리 팩 내부의 열을 밖으로 내보내는 방법을 사용하고 있다. 이러한 방법은 배터리 셀의 위치에 따른 냉각효율의 차이를 발생시키는데, 배터리 셀 간의 온도 편차는 성능 저하를 유발하게 되고 배터리 수명 단축의 원인이 된다.
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참고문헌 (13)

  1. Gould, J., and Golob, T. F. "Clean air forever? A longitudinal analysis of opinions about air pollution and electric vehicles." Transportation Research Part D: Transport and Environment 3.3 : 157-169 (1998). 

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  2. Morcos, M. M., Dillman, N. G. and Mersman, C. R., "Battery chargers for electric vehicles." IEEE Power Engineering Review 20.11 : 8-11 (2000). 

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  3. Pesaran, A. A. "Battery thermal management in EV and HEVs: issues and solutions." Battery Man 43.5: 34-49 (2001). 

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  4. Jang, I. H., Choe, J. H., Park, J. Y., and Seol, S. Y. Analysis of Forced Cooling Efficiency According to Case of HEV Battery Module,'. Proceedings of the Korean Society of Mechanical Engineers :252-257 (2010). 

  5. Wang, T., Tseng, K. J., Zhao, J., and Wei, Z. Thermal investigation of lithium-ion battery module with different cell arrangement structures and forced aircooling strategies. Applied energy, 134: 229-238 (2014). 

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  6. Fan, L., Khodadadi, J. M. and Pesaran, A. A.. "A parametric study on thermal management of an aircooled lithium-ion battery module for plug-in hybrid electric vehicles." Journal of Power Sources 238 : 301-312 (2013). 

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  7. Yang, N., Zhang, X., Li, G., and Hua, D. Assessment of the forced air-cooling performance for cylindrical lithium-ion battery packs: A comparative analysis between aligned and staggered cell arrangements. Applied Thermal Engineering, 80, 55-65, (2015). 

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  8. Park, H. S. "A design of air flow configuration for cooling lithium ion battery in hybrid electric vehicles." Journal of Power Sources 239: 30-36 (2013). 

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  9. Bergman, T. L., Incropera, F. P., DeWitt, D. P., and Lavine, A. S. Fundamentals of heat and mass transfer. John Wiley & Sons, (2011). 

  10. KIA soul Emergency Responder guide. 

  11. Jung, T. S., and Kang, H. K. "Investigation of Natural Convective Heat Flow Characteristics of Heat Sink." Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B 37.1 : 27-33 (2013). 

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  12. Pals, C. R. Thermal modeling of the lithium/ polymer battery. Lawrence Berkeley Lab., CA (United States), (1994). 

  13. Xiao, M., and Choe, S. Y. "Theoretical and experimental analysis of heat generations of a pouch type LiMn 2 O 4/carbon high power Li-polymer battery." Journal of Power Sources 241 : 46-55 (2013). 

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