빠르게 진화하는 에너지 저장 시스템(ESS) 및 전기 자동차(EV) 산업에서 열 관리의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 냉각판은 고출력 배터리 시스템의 효율성, 안전성, 수명을 보장하는 데 중추적인 역할을 합니다. 그러나 이러한 부품의 제조 공정은 복잡하고 다양한 애플리케이션의 특정 요구 사항을 충족하기 위해 여러 가지 고급 기술이 필요합니다.
냉각판 제조의 첫 번째 단계는 재료 준비입니다. 소재의 선택은 냉각판의 성능, 내구성, 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다.
이 공정에는 일반적으로 알루미늄이나 구리와 같은 금속과 같은 원재료를 원하는 크기와 모양으로 절단하는 작업이 포함됩니다. 냉각판이 용도에 필요한 특정 치수를 충족하려면 정밀한 절단이 필수적입니다.
복잡한 단면 형상이 필요한 경우 압출을 사용합니다. 이 공정은 재료를 다이를 통해 강제로 밀어내어 일관된 프로파일을 가진 긴 단면을 만드는 것입니다. 압출 재료는 냉각판 내의 채널이나 핀을 제작하는 데 자주 사용됩니다.
알루미늄은 성능과 비용 사이에서 균형이 잘 맞았습니다. 압출 공정을 통해 유체 역학을 최적화한 채널을 생산할 수 있었기 때문에 냉각판의 전체 크기와 무게를 줄일 수 있었습니다.
압출 공정은 효과적이기는 하지만 후속 가공 단계에서 엄격한 공차를 유지하는 데 복잡성이 발생하여 채널 내 흐름 균일성에 영향을 미칠 수 있습니다. (Yu et al., 2010).
보다 복잡한 디자인의 경우 레이저 커팅은 높은 정밀도와 유연성을 제공합니다. 이 기술은 냉각판 내에 복잡한 흐름 채널이나 챔버를 만들 때 특히 유용합니다. 레이저 커팅은 재료 낭비를 최소화하고 높은 정확도를 보장합니다.
유로 또는 챔버는 냉각수가 효과적으로 순환하고 열을 방출할 수 있도록 하는 냉각판의 핵심입니다. 이러한 채널의 설계와 가공은 냉각판의 성능에 매우 중요합니다.
이 방법은 금속을 다이에 눌러서 모양을 만드는 것입니다. 스탬핑은 종종 유동 채널의 초기 형태를 만드는 데 사용됩니다. 비용 효율적인 공정으로 대량 생산에 적합합니다.
보다 정밀하거나 복잡한 채널 설계의 경우 기계 가공을 사용합니다. 이 공정에는 절삭 공구를 사용하여 공작물에서 재료를 제거하는 작업이 포함됩니다. 가공을 통해 유체 채널 치수를 더 잘 제어할 수 있으므로 냉각판 내에서 최적의 유체 역학을 보장할 수 있습니다.
이 기술은 고압의 공기를 재료에 불어넣어 채널을 형성하는 데 사용됩니다. 이 기술은 고압의 공기를 재료에 불어넣어 채널을 만듭니다. 압력 블로잉은 내부 흐름 채널을 빠르게 형성할 수 있고 가볍습니다. 이 공정은 구조가 단순하고 저전력 열교환 기능을 갖춘 냉각 패널에 이상적입니다.
다음 단계는 입구, 출구 및 마운팅 빔과 같은 커넥터 및 액세서리를 처리하는 것입니다. 이러한 구성 요소는 냉각판을 더 큰 시스템에 통합하여 적절한 유체 흐름과 기계적 안정성을 보장하는 데 필수적입니다.
냉각수가 냉각판에 효율적으로 들어가고 나가려면 입구와 출구를 제작하는 것이 중요합니다. 이러한 구성 요소는 누출을 방지하고 일관된 유체 흐름을 보장하기 위해 정밀하게 정렬되고 단단히 부착되어야 합니다.
마운팅 빔은 구조적 지지력을 제공하고 시스템 내에 냉각판을 쉽게 설치하기 위해 추가되는 경우가 많습니다. 이러한 빔은 작동 중 기계적 응력을 견딜 수 있도록 견고하고 정확한 위치에 배치되어야 합니다.
용접은 최종 제품의 구조적 무결성과 내구성을 보장하기 때문에 냉각판 제조에서 매우 중요한 공정입니다. 냉각판 생산에는 여러 가지 용접 기술이 일반적으로 사용됩니다:
진공 브레이징 액체 냉각판은 내부 채널과 핀 구조(일반적으로 접히거나 긁힌 핀)로 두 개의 금속판을 가공한 다음 진공 챔버 내에서 조심스럽게 밀봉하여 가열하는 수냉식 냉각판의 한 종류를 말합니다.
가스 차폐 용접이라고도 하는 이 용접 방법은 브레이징 중 질소 가스 보호에 의존합니다. 최대 0.2mm의 부품 부정확성을 허용하며 플럭스를 사용하여 간격을 메울 수 있습니다. 가스 차폐 브레이징은 재료 흐름을 개선하여 약 30kg의 일반적인 강도로 강력한 수평 및 수직 용접을 보장합니다. 진공 및 가열에 의존하는 방식과 달리 지속적인 고효율 생산을 지원하고 고장 후 비용 효율적인 재작업이 가능합니다.
FSW는 재료를 녹이지 않고 접합하는 고체 용접 공정입니다. 이 기술은 냉각판의 고강도, 결함 없는 용접을 생성하는 데 적합합니다. FSW는 재료의 특성을 손상시키지 않으면서 견고한 접합부를 만들 수 있기 때문에 알루미늄 냉각판에 자주 사용됩니다.
CMT는 가스 금속 아크 용접(GMAW)의 변형으로, 열 입력을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이 기술은 열 왜곡을 최소화하여 얇은 소재나 냉각판의 섬세한 부품을 용접하는 데 이상적입니다.
냉각판이 용접 및 조립되면 내구성, 내식성 및 열 성능을 향상시키기 위해 표면 처리가 적용됩니다.
연마는 냉각판의 매끄럽고 반사되는 표면을 만드는 데 자주 사용됩니다. 연마된 표면은 냉각판의 열 전달 효율을 개선하고 부식 위험을 줄일 수 있습니다. 또한 연마는 냉각판의 미적 외관을 향상시켜 소비자 제품의 눈에 보이는 구성 요소에 중요할 수 있습니다.
전기 전도성을 방지하고 단열을 개선하기 위해 절연 코팅을 적용할 수 있습니다. 이 코팅은 보호막을 형성하여 EV 배터리 팩과 같은 고전압 환경에서 냉각판이 안전하게 작동할 수 있도록 합니다.
제조 공정의 마지막 단계는 테스트 및 검증입니다. 이 단계는 냉각판이 최종 제품에 통합되기 전에 모든 성능 및 안전 요구 사항을 충족하는지 확인하는 데 매우 중요합니다.
누출 테스트는 냉각판이 완전히 밀폐되어 있고 작동 중에 냉각수가 누출되지 않는지 확인하기 위해 수행됩니다. 이 테스트는 일반적으로 가압 공기 또는 액체 염료를 사용하여 수행되므로 엔지니어는 아주 작은 누출도 감지할 수 있습니다.
냉각판의 열을 효과적으로 방출하는 능력은 다양한 작동 조건에서 테스트됩니다. 여기에는 플레이트의 열전도율, 열전달 계수 및 전반적인 냉각 효율을 측정하는 것이 포함됩니다.
냉각판의 구조적 무결성을 평가하기 위해 인장 강도 및 피로 테스트와 같은 기계적 테스트를 실시합니다. 이러한 테스트를 통해 냉각판이 작동 중 발생할 수 있는 기계적 응력을 견딜 수 있는지 확인합니다.
냉각판의 구조적 무결성을 평가하기 위해 인장 강도 및 피로 테스트와 같은 기계적 테스트를 실시합니다. 이러한 테스트를 통해 냉각판이 작동 중 발생할 수 있는 기계적 응력을 견딜 수 있는지 확인합니다.
폴란드의 한 에너지 저장 회사는 대규모 ESS 프로젝트를 위한 냉각판을 설계하는 데 있어 독특한 문제에 직면했습니다. 이 시스템에는 밀집된 배터리 셀의 열 부하를 관리하기 위한 고효율 냉각이 필요했습니다. 표준 유동 채널 설계는 부적절했기 때문에 맞춤형 솔루션이 필요했습니다.
엔지니어링 팀은 스탬핑과 정밀 가공을 결합하여 하이브리드 채널 설계를 만들었습니다. 스탬핑은 기본 채널 윤곽에 사용되었고, 기계 가공은 냉각수 흐름에 대한 정확한 요구 사항을 충족하기 위해 채널을 다듬었습니다. 이 이중 접근 방식을 통해 압력 강하를 최소화하면서 열 전달을 극대화하는 복잡한 형상을 만들 수 있었습니다.
헝가리의 한 대형 전기 자동차 제조업체는 애플리케이션의 일반적인 극심한 열 및 기계적 응력을 견딜 수 있는 냉각판을 생산하는 데 어려움을 겪고 있었습니다. 기존의 용접 방식은 특히 장시간의 고온 조건에서 접합부 무결성에 문제가 발생했습니다.
이 문제를 해결하기 위해 이 제조업체는 냉각판 조립에 마찰 교반 용접(FSW)을 채택했습니다. 고체 공정인 FSW는 우수한 접합 강도를 제공하고 용융 용접과 관련된 일반적인 결함을 제거했습니다. 그 결과 냉각판은 가장 까다로운 조건에서도 열전도율과 기계적 내구성 측면에서 뛰어난 성능을 발휘했습니다.
이 경우 FSW의 사용은 애플리케이션의 특정 요구 사항에 따라 적절한 용접 기술을 선택하는 것이 중요하다는 것을 강조합니다. 고응력 환경의 경우 용접 방법의 선택이 냉각판의 장기적인 신뢰성과 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
체코의 한 ESS 제조업체는 실외 설치의 일반적인 열악한 환경 조건으로부터 냉각판을 보호해야 했습니다. 냉각 효율을 저하시키지 않으면서 내식성과 전기 절연성을 모두 제공하는 표면 처리를 적용하는 것이 과제였습니다.
이 솔루션에는 이중층 코팅 시스템을 적용하는 것이 포함되었습니다. 첫 번째 층은 양극 산화 코팅으로 뛰어난 내식성을 제공했습니다. 두 번째 층은 열 전도성을 유지하면서 전기 전도를 방지하도록 특별히 설계된 절연 코팅이었습니다. 이 조합을 통해 냉각판은 작동 수명 내내 효과적이고 내구성을 유지할 수 있었습니다.
이 사례는 특히 열악한 환경에서 냉각판의 내구성과 효율성을 향상시키는 데 있어 표면 처리의 중요한 역할을 강조합니다. 제조업체는 올바른 코팅을 신중하게 선택하고 적용함으로써 제품의 성능과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
폴란드의 한 전기 자동차 전문 스타트업은 첫 번째 시제품을 개발하는 과정에서 냉각판의 신뢰성을 확보하는 데 상당한 어려움을 겪었습니다. 이 회사는 전기차 성능에서 열 관리의 중요한 역할을 감안하여 엄격한 테스트 및 검증 프로세스를 구현했습니다.
테스트 체계에는 광범위한 누출 테스트, 열 성능 평가, 기계적 스트레스 테스트가 포함되었습니다. 누출 테스트에는 공기압 및 염료 침투 방법을 모두 사용하여 잠재적인 누출을 초기 단계에서 감지했습니다. 열 성능은 실제 주행 시나리오를 시뮬레이션하여 다양한 부하 조건에서 평가되었습니다. 기계적 테스트는 자동차 환경의 일반적인 진동과 충격을 견딜 수 있는 냉각판의 능력에 중점을 두었습니다.
이 폴란드 스타트업이 취한 접근 방식은 특히 전기차 시장에 새로 진입하는 기업에게 냉각판 개발에서 철저한 테스트와 검증의 중요성을 강조합니다. 엄격한 테스트는 제품의 신뢰성을 보장할 뿐만 아니라 고객 및 이해관계자와의 신뢰도 구축합니다.
냉각판 제조는 복잡하고 정밀한 공정으로, 최종 제품이 에너지 저장 및 전기 자동차와 같은 산업에서 요구하는 높은 기준을 충족하기 위해 여러 단계를 거쳐야 합니다. 재료 준비부터 테스트 및 검증에 이르기까지 각 단계는 최적의 성능, 내구성 및 신뢰성을 제공하는 냉각판을 생산하는 데 매우 중요합니다.
전문가가 이 프로세스를 이해하면 공급업체를 선정하거나 냉각판 기술을 평가할 때 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 될 수 있습니다. 기계 엔지니어, 조달 관리자, 고전압 배터리 업계 종사자 등 이 가이드는 냉각판 제조의 복잡성을 탐색하고 프로젝트를 위한 전략적 선택을 내리는 데 필요한 인사이트를 제공합니다.
저는 5년 넘게 배터리 열 관리 분야에서 일하면서 수많은 국제 프로젝트를 처리했습니다. 배터리 액체 냉각 제품이나 서비스에 대해 궁금한 점이 있으면 언제든지 문의해 주세요!
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