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문제 정의
- 본 논문에서는 원통형셀의 직렬배터리팩(16S1P)의 두 외형 (정사면체;4X4/직사면체;2X8) 차이에 의한 내부의 열분포 기초 해석을 실시하였다. 전류프로파일을 동일하게 적용하였을 때, 각 배터리팩 내 셀 간 온도분포 해석 및 외형의 차이에 의한 비교 분석을 실시하였다.
가설 설정
- 직렬배터리팩의 thermal boundary 조건에서의 직렬배터리팩 형태를 그림 2에 나타내었는데, 이는 16개 원통형셀의 직렬결합 시 양쪽은 open 조건, 나머지는 열적으로 모두 insulation 되었다고 가정하였다. 이는 Comsol 프로그램에서 제공하는 single cell model을 바탕으로 하였으며, 배터리팩 내부의 셀 간 전압 혹은 충전상태의 불균형이 없음을 가정하였다.
- 고전압 및 고용량 전력구동용 어플리케이션의 증가로 리튬 계열 배터리(원통형, 각형, 파우치형)는 직렬, 병렬 및 직병렬조 합인 배터리팩의 형태로 사용된다[1]. 이러한 배터리팩의 충전 및 방전을 위한 기본 외기 온도 조건은 상온(25℃)으로서 배터리팩 내부의 셀의 전기화학적 상태가 안정되어 있음을 가정한 다. 하지만, 사계절이 뚜렷한 우리나라의 기후 특성 상, 여름과 겨울에 배터리의 전기화학적 상태가 변하므로 이의 고려를 위한 배터리팩의 온도 관리(thermal management system; TMS)의 중요성이 더해지고 있다.
- 그림 1은 직렬배터리팩(16S1P)의 외형(정사면체;4X4/직사면 체;2X8)의 각 geometry를 나타내었다. 직렬배터리팩의 thermal boundary 조건에서의 직렬배터리팩 형태를 그림 2에 나타내었는데, 이는 16개 원통형셀의 직렬결합 시 양쪽은 open 조건, 나머지는 열적으로 모두 insulation 되었다고 가정하였다. 이는 Comsol 프로그램에서 제공하는 single cell model을 바탕으로 하였으며, 배터리팩 내부의 셀 간 전압 혹은 충전상태의 불균형이 없음을 가정하였다.
- 음극의 경우 LixC, 양극의 경우 LMO 물질을 적용하였는데, 추후 이러한 물질은 고출력성(NCA) 및 고용량성(NMC)로 확대할 예정이다. 충전 및 방전에 따른 배터리팩 내부의 열분포 해석 시 사이클링 회 수에 따른 추가 영향을 확인하기 위하여 3번의 사이클링을 실시하였고 강제 쿨링이 아닌 자연 쿨링을 가정하였다.
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