EV 배터리 열 관리: 4가지 냉각 기술 설명
EV 배터리는 어떻게 "냉각"됩니까? 4가지 주요 열 관리 기술
신에너지 자동차의 급속한 발전과 함께 견인 배터리는 전기 자동차의 '심장'일 뿐만 아니라 성능, 안전 및 서비스 수명을 결정하는 결정적인 요소이기도 합니다.
높은 에너지 밀도와 긴 수명을 위해 널리 채택되는 리튬 이온 배터리는 정밀 생물학적 시스템과 매우 유사하게 작동합니다. 안전하고 효율적인 작동을 위해서는 안정적인 온도 제어가 필수적입니다.
1. 배터리에 열 제어가 필요한 이유는 무엇입니까?
과열과 과냉각의 이중 과제
배터리 충전 및 방전 중에는 발열이 불가피합니다. 고용량, 고에너지 밀도 EV 배터리 팩의 경우 열 축적 및 온도 불균일성이 중요한 엔지니어링 과제가 됩니다.
고온 위험
- 배터리 전기화학 시스템은 본질적으로 열에 민감합니다.
- 10°C 증가할 때마다 배터리 노화는 일반적으로 ~2배씩 가속화됩니다.
- 연구에 따르면 50°C에서 순환된 Sony 18650 셀은 500회 순환 후에 용량이 최대 60% 손실될 수 있는 것으로 나타났습니다.
- 과도한 열은 활물질 열화를 가속화하고 내부 저항을 증가시키며 열 폭주를 유발할 수 있습니다.
저온 제한
- 이온 활동 감소로 충전/방전 전력 제한
- 용량과 주행거리가 급격히 감소
- 사용자 경험과 고속 충전 기능이 저하됩니다.
열 관리 목표
최적의 25~40°C 범위 내에서 배터리 작동을 유지하여 고온에서 효율적인 열 방출을 보장하고 추운 환경에서 효과적인 가열을 보장합니다.
이 기사에서는 특히 다음 사항에 중점을 둡니다.배터리 냉각 기술.
2. 주류 배터리 냉각 기술
입증된 4가지 열 관리 경로
최신 EV 배터리 시스템은 일반적으로 배터리 안전과 성능의 기초를 형성하는 4가지 성숙한 냉각 접근 방식에 의존합니다.
2.1 공기 냉각 시스템(AC) - 강제 또는 자연 대류
작동 원리
열은 다음 중 하나를 통해 공기 흐름을 통해 분산됩니다.
- 차량 움직임에 의해 생성된 자연 대류
- 팬을 이용한 강제 대류
공학적 관점
공랭식은 단순한 아키텍처와 저렴한 비용을 제공하므로 초기 EV 플랫폼에 적합합니다. 그러나 공기는 열전도율과 열용량이 낮기 때문에 냉각 능력이 근본적으로 제한됩니다.
- 배터리 에너지 밀도와 고속 충전 요구가 증가함에 따라 공냉식은 다음을 수행하기 위해 노력하고 있습니다.
- 지속적인 고전력 작동 중 온도 상승 제어
- 팩 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포를 유지합니다.
일반적인 애플리케이션
적당한 열 부하를 갖는 저전력 EV, 소형 차량 및 비용에 민감한 플랫폼.
2.2 액체 냉각 시스템(LC) - 업계 표준
작동 원리
펌프는 배터리 모듈에 통합된 마이크로 채널 냉각판을 통해 냉각수(일반적으로 물-글리콜 혼합물)를 순환시킵니다. 열은 소산을 위해 프런트 엔드 라디에이터로 전달됩니다.
공학적 관점
공기보다 열전도율과 열용량이 훨씬 더 높은 액체 냉각을 통해 다음이 가능합니다.
- 정밀한 온도 제어
- 우수한 열 균일성
- 고속 충전 및 고출력 출력 지원
액체 냉각은 중급 및 고급형 EV의 기본 솔루션이 되었습니다.
엔지니어링 과제
- 시스템 복잡성 증가(펌프, 밸브, 배관)
- 추가된 무게
- 밀봉 신뢰성, 내식성 및 장기 내구성에 대한 엄격한 요구 사항
2.3 히트 파이프 냉각(HP) – 로컬 핫스팟 관리
작동 원리
히트 파이프는 온도 차이를 최소화하면서 효율적으로 열을 전달하기 위해 빠른 증발-응축 주기를 겪는 밀봉된 작동 유체(예: 물 또는 아세톤)를 사용합니다.
공학적 관점
히트 파이프는 고체 구리의 수천 배에 해당하는 매우 높은 축방향 열전도율을 나타냅니다.
EV 배터리 시스템에서 히트 파이프는 독립형 냉각 솔루션으로 거의 사용되지 않습니다. 대신 다음과 같은 역할을 합니다.
- 열 고속도로
- 온도 균등화 강화제
일반적으로 액체 냉각판이나 모듈 인터페이스에 통합되어 다음을 수행합니다.
- 국부적인 핫스팟에서 열 추출
- 전반적인 온도 일관성 향상
- "가장 약한 세포" 효과 완화
2.4 상변화 물질 냉각(PCM)
작동 원리
PCM은 고체-액체 상전이 중에 다량의 잠열을 흡수하거나 방출하여 상변화 지점 주변의 온도를 안정화시킵니다.
공학적 관점
주요 이점:
- 완전 수동 작동
- 제로 에너지 소비
- 우수한 열 완충 특성
제한사항:
- 본질적으로 낮은 열전도율
- 향상 없이 느린 열 전달
실제 적용
PCM은 단독으로 사용되는 경우가 거의 없습니다. 대신 능동 시스템(일반적으로 액체 냉각)과 결합된 열 완충 장치 역할을 합니다.
- 일시적인 열 스파이크를 흡수합니다.
- 온도 상승 속도가 느려짐
- 기본 냉각 루프의 최대 부하를 줄입니다.
3. 시스템 통합 및 향후 동향
다중 기술 시너지가 미래입니다
EV 배터리가 더 높은 에너지 밀도와 더 빠른 충전을 추구함에 따라 단일 냉각 솔루션은 한계에 도달합니다. 업계 동향은 분명합니다. 바로 하이브리드 열 관리 아키텍처입니다.
일반적인 구성은 다음과 같습니다.
- 액체 냉각 + PCM: 열 버퍼링 및 피크 부하 감소
- 액체/공기 냉각 + 히트 파이프: 신속한 핫스팟 추출 및 온도 균등화
- 직접 냉매 냉각: HVAC 냉매 사용으로 매우 높은 냉각 효율 제공(일부 프리미엄 EV에 적용)
4. 재료 기반 열 설계
RHI 버스바가 고급 배터리 열 관리를 강화하는 방법
액체 냉각, 공기 냉각, 히트 파이프, PCM, 심지어 새롭게 떠오르는 열전 냉각 등 모든 주류 배터리 냉각 기술은 배터리 팩 내부의 중요한 전기 도체인 버스바에 고유한 열 및 구조적 요구 사항을 부여합니다.
구리 및 알루미늄 버스바 및 상호 연결 솔루션의 선도적인 공급업체인 RHI는 심층적인 재료 전문 지식과 고급 제조 프로세스를 활용하여 냉각 적응형 안전 중심 버스바 시스템을 제공하며 다음 두 가지 역할을 모두 수행합니다.
- 효율적인 열 전도체
- 안정적인 전기 브리지
4.1 열전 냉각(TEC)용 버스바 솔루션
정밀 열 커플 링
열전 모듈은 매우 낮은 열 접촉 저항을 요구합니다.
RHI는 다음을 보장하는 평탄도가 높은 니켈 도금 구리 버스바를 공급합니다.
- 안정적인 열 인터페이스
- 산화 저항
- TEC 모듈 또는 열 전도성 절연 패드와의 안정적인 접촉
고온 전기 절연
TEC 시스템은 국지적인 고온-저온 경사도를 도입합니다.
RHI의고온 부스바특징:
- 내부 운모 테이프
- 외부 세라믹 복합 테이프
반복적인 열 순환 하에서 유전 강도와 기계적 안정성을 유지합니다.
시스템 통합 준비
맞춤형 알루미늄 버스바는 다음과 같이 가공할 수 있습니다.
- 센서 장착 구멍
- 평평한 기준면
- BMS 통합을 위한 구조적 특징
폐쇄 루프 열 및 전기 제어를 지원합니다.
4.2 히트 파이프 냉각 시스템용 버스바
고효율 열 베이스
열전도율 약 385W/m·K, RHI구리 버스바효과적인 열 분산기 역할을 하여 국부적인 열을 히트 파이프 증발기 섹션에 효율적으로 전달합니다.
유연한 공간 통합
RHI는 다음을 제공합니다:
- 구리/알루미늄 적층 유연한 커넥터
- 다중 각도 3D 굽힘 고정 부스바
최적의 공기 흐름이나 냉각판 접촉을 유지하면서 히트 파이프 주변의 전기 라우팅을 허용합니다.
온도 범위에 따른 재료 매칭
- 고온, 고전력 구역용 구리 버스바
- 가볍고 중간 온도 영역을 위한 알루미늄 버스바
장기적인 신뢰성을 위해 모두 압출 또는 사출 성형 단열재를 사용합니다.
4.3 주류 냉각 시스템의 핵심 부스바 값
액체 냉각 시스템
RHI 버스바는 다음을 제공합니다.
- 낮은 열 저항을 위한 평평한 주석 또는 니켈 도금 표면
- 인서트 몰딩 또는 PA12 압출을 통한 높은 밀봉 단열재
냉각수 누출 및 응축 위험을 효과적으로 완화합니다.
공기 냉각 시스템
열 성능은 다음을 통해 향상됩니다.
- 공기 흐름에 최적화된 버스바 형상
- 방열 면적을 늘리기 위한 천공형 또는 프레임형 구조
- 복사열 전달을 개선하기 위해 순동 또는 밝은 주석 마감 처리
PCM 지원 냉각
RHI는 다음을 제공하여 장기적인 인터페이스 안정성을 해결합니다.
- PCM 접착력 향상을 위한 표면 처리 부스바
- 완전히 캡슐화된 단열재(예: PA66+GF30 사출 성형)
화학적 상호작용을 방지하고 시간이 지나도 안정적인 전기적 성능을 보장합니다.
5. 결론
배터리 열 관리는 안전성, 성능 및 내구성 간의 정확한 균형을 유지합니다. 공기 냉각에서 액체 냉각, 히트 파이프에서 상변화 재료에 이르기까지 냉각 기술의 지속적인 발전과 통합으로 인해 EV 배터리는 더 높은 에너지 밀도와 더 빠른 충전을 향해 나아가고 있습니다.
열 관리 시스템이 더욱 통합되고 지능화됨에 따라 전기 상호 연결 설계가 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다.
배터리 상호 연결 솔루션의 신뢰할 수 있는 파트너로서 RHI는 다음을 제공하여 이러한 발전을 지원합니다.
고객이 효율적이고 안정적이며 미래 지향적인 배터리 열 관리 시스템을 구축할 수 있도록 지원합니다.
