초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 차세대 고에너지밀도 배터리의 열적 안정성 확보를 위한 박막 진동형 히트파이프 (Pulsating Heat Pipe), 복합 PCM-카본셀 나노 캡슐, 직접 냉매 냉각 방식롤본드 (Roll-bond) 열교환기를 결합한 복합 상변화 열전달 패키지에 대한 최적화 연구를 수행하고, 최적 배터리 온도 관리 시스템의 실험적, 해석적 연구를 수행하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
• 총 연구기간동안 주요 연구목표로는 배터리 열해석 및 열관리 실험환경 구축, 이후 열해석 및 열관리 실험, 열관리

□ 연구개요
본 연구는 차세대 고에너지밀도 배터리의 열적 안정성 확보를 위한 박막 진동형 히트파이프 (Pulsating Heat Pipe), 복합 PCM-카본셀 나노 캡슐, 직접 냉매 냉각 방식롤본드 (Roll-bond) 열교환기를 결합한 복합 상변화 열전달 패키지에 대한 최적화 연구를 수행하고, 최적 배터리 온도 관리 시스템의 실험적, 해석적 연구를 수행하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
• 총 연구기간동안 주요 연구목표로는 배터리 열해석 및 열관리 실험환경 구축, 이후 열해석 및 열관리 실험, 열관리 시스템에 관한 실험, 그리고 개발한 상변화 패키지 혹은 혹은 냉각 구조들에 대한 심화연구를 진행하는 것을 목표로 하였음.
• 1차년도에는 배터리 실험 환경을 조성하였고 배터리 열관리 시스템 대한 문헌조사를 실시하며 연구 지속을 위해 배터리 시뮬레이션 모델 개발에 관한 연구를 실시하여 연구목표를 달성하였음.
• 2차년도에는 배터리 연구의 기초가 되는 배터리 발열 모델에 관한 연구를 1차년도 시뮬레이션 모델 개발의 일환으로 진행하였으며 검증에 성공함. 전년도 배터리 열해석 실험 환경에 더해 열관리 실험을 위한 수냉 실험 장치를 추가적으로 설치하였음. 배터리의 효율적인 열관리를 위해 diverging 채널 구조 수냉플레이트를 개발하였으며 배터리 열적 안전화를 위한 아이디어를 특허로 출원(등록결정 대기 중)하여 연구 목표를 달성하였음.
• 3차년도에는 배터리 열관리 시스템에 관한 연구를 주로 수행하였으며 패키지형상변화 냉각 구조를 위한 상변화 물질 (PCM), 히트파이프 등을 활용한 연구 등을 주로 실시하였음. 특히 PCM 활용한 배터리 셀 간 (Inter-cell) 냉각 구조나핀과 히트파이프 결합된 하이브리드 핀에 대한 연구개발을 진행하였으며 실제로 제작하여 수냉 냉각판과 결합한 복합 상변화 냉각 구조에 관한 열관리 실험을 진행하였음. 이에 더하여 셀 간 냉각 구조용 열교환기 최적화에 관한 연구도 함께 실시하였으며 진행 중이던 발열 연구 논문은 SCI저널에 게재하여 연구 목표를 달성하였음.
• 4차년도에는 차년도에 진행하였던 연구 중 diverging 채널 구조 수냉 플레이트, PCM 활용 냉각 구조, 배터리 발열 심화 모델 등에 대한 내용은 SCI(E)급 저널에 모두 게재함. 히트파이프 보조 하이브리드 냉각 구조에 대한 실험과 최적화 연구가 진행중이며 PCM의 낮은 열전도율을 높이기 위해, carbon 이나 metal foam 등을 활용한 PCM 성능 실험 연구를 실시하여 연구 목표 달성을 목표로하며 여러 연구 성과들은 SCI(E) 저널에 게재를 목표로 투고하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
• 리튬이온 배터리를 사용하는 HEV, EV 및 ESS 등 많은 분야에서 배터리의 높은 에너지밀도와 안전성이 요구됨에 따라 아울러 더 높은 성능의 BTMS 역시 리튬이온 배터리의 효율 향상을 위해 요구되며 본 연구를 통해 개발된 극한 조건에서의 배터리 냉각 시스템이 많은 분야의 배터리 시스템을 대체할 수 있을 것으로 기대됨.
• 현재까지 진행한 연구를 기반으로 극한 조건에서의 고에너지 배터리의 냉각/승온 시스템 연구를 통해 BTMS의 성능 향상 및 최적 설계를 진행하여 현재 유통되고 있는 리튬이온 배터리의 열관리 방법과 차세대 배터리 열관리에 대한 방향을 제시하여 현재 세계적으로 요구되는 배터리 열관리기술의 경쟁력을 유지, 상승시키며 차세대 배터리 기술의 선점 효과를 기대함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 4
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 4
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 5
• 3) 목표 달성 수준 ... 6
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 6
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 6
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 7
• 6. 자체점검표 ... 8
• 7. 참고문헌 ... 8
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 15
• 끝페이지 ... 30