배터리 열 관리 분야에서는 액체 냉각판의 설계 시뮬레이션이 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 이 기술을 통해 엔지니어는 잠재적인 문제를 미리 예측하고 해결하여 제품 성능을 최적화하고 비용을 절감하며 시간을 절약할 수 있습니다. 이 글에서는 숙련된 엔지니어든 이 주제에 관심이 있는 초보자든, 다음 분야에서 설계 시뮬레이션의 중요성에 대해 설명합니다. 액체 냉각판 개발. 계속해 보겠습니다.
전기 자동차의 경우 배터리 성능, 수명, 안전성은 온도에 따라 달라집니다. 일반적으로 10°C~35°C의 최적의 작동 범위는 성능과 수명의 균형을 유지합니다.
고온에서 배터리의 주요 화학 반응:
배터리 온도 차이에는 크게 두 가지 유형이 있습니다:
압력 강하는 주로 마찰과 속도 변화로 인해 유체가 파이프나 시스템을 통과할 때 발생하는 압력 감소를 말합니다. 간단히 말해, 유체가 흐르는 동안 저항을 만나 에너지 손실과 압력 강하로 이어지는 결과입니다.
압력 강하는 유체가 시스템을 통과할 때 저항과 마찰로 인해 손실되는 에너지를 의미하며, 그 결과 압력이 감소합니다.
효율적인 배관 시스템을 설계하려면 압력 강하에 대한 지식이 중요합니다. 엔지니어는 압력 강하를 최소화하기 위해 파이프 크기, 유량 및 유체 점도와 같은 요소를 고려해야 합니다.
온도가 200°C를 초과하면 전해질이 분해되어 열을 방출합니다.
양극 활성 물질은 산화 상태에서 분해되어 열을 방출하여 산소를 방출합니다. 산소는 전해질과 발열 반응하거나 양극 물질이 전해질과 직접 반응합니다.
내장된 리튬은 불소 바인더와 발열 반응을 일으킵니다.
파이프가 길거나 복잡하면 마찰 저항이 증가하여 압력 강하가 높아집니다.
점도가 높은 유체는 마찰 저항이 커져 압력 강하가 더 커집니다.
밀도가 높은 유체는 관성력이 커서 압력 강하가 더 커집니다.
유속이 증가하면 마찰력과 관성력이 모두 증폭되어 압력 강하가 높아집니다.
엘보와 스로틀링 장치는 추가적인 마찰 저항을 유발하여 압력 강하를 높입니다.
이것은 단일 냉각판의 압력 강하이며, 단일 액체 냉각판의 압력 강하는 267kpa입니다.
이것은 평행 냉각판의 압력 강하이며 압력 강하는 160kpa입니다.
병렬로 연결된 수냉식 플레이트는 단일 수냉식 플레이트의 압력 강하의 절반에 미치지 못합니다.
직렬로 연결된 액체 냉각판의 압력 강하는 978kpa입니다.
직렬 연결의 전압 강하는 단일 연결의 전압 강하보다 두 배가 되지 않습니다.
액체 냉각 유체를 선택할 때는 열전도도, 점도, 작동 온도, 전기 전도도, 인화성, 부식성, 비용 등 여러 가지 측면을 고려해야 합니다. 액체 냉각 시스템은 종종 50% 탈이온수와 50% 에틸렌 글리콜을 혼합하여 사용합니다.
탈이온수를 사용하는 것은 누수 및 전기 전도 위험을 완화하기 때문에 매우 중요합니다. 탈이온 처리되지 않은 물은 전도성이 높아 누수 및 전기 전도의 위험이 있습니다.
액체 냉각판의 작동 원리는 냉각판이 배터리에서 발생하는 과도한 열을 접촉을 통해 알루미늄 판으로 전달한 다음 액체 흐름의 높은 열전달 계수를 사용하여 열을 전달하고 마지막으로 판 내부의 냉각수가 열을 제거합니다.
Pt=cmΔT
ρm×Vm×c(ΔT/Δt)=Pm-hS(TW-Tref)
P 는 주어진 시간 동안의 배터리 발열량을 나타냅니다;
는 미리 정해진 시간입니다;
c 는 액체 냉각판 작동 영역에 있는 모든 구성 요소의 평균 비열 용량입니다;
m 는 액체 냉각판 작업 영역에 있는 모든 부품의 총 질량입니다.
ρm 는 액체 냉각판 작동 영역에 있는 모든 부품의 평균 밀도입니다;
Vm 는 액체 냉각판 작업 영역에 있는 모든 구성 요소의 총 부피입니다;
△T 는 액체 냉각판 작동 영역에서 배터리 셀의 최대 온도 상승을 나타냅니다;
Pm 는 수냉식 플레이트 작동 영역에 있는 모든 배터리 셀의 발열량입니다;
h 는 냉각수의 대류 열전달 계수입니다;
S 는 냉각 영역입니다;
T 는 수냉식 플레이트와 냉각수 사이의 접촉면 온도입니다.
Tout=Tin+Q/(ρ×V×Cp)
Tout 는 냉각수 배출구 온도입니다;
Tin 는 냉각수 주입구 온도입니다;
Q 는 냉각판에 있는 난방 장치의 총 방열 전력입니다;
ρ 는 액체의 밀도입니다;
V 는 냉각액 유량입니다;
Cp 는 냉각수의 비열용량입니다.
θ=(T최대-Tout)×(A/Q)
θ 는 열 저항입니다;
T최대 는 냉각판 표면에서 허용되는 최대 온도입니다;
Tout 는 냉각수 배출구 온도입니다;
A 는 냉각된 표면의 면적입니다;
Q 는 냉각판의 가열 장치의 총 방열 전력입니다.
최대 냉각액 배출구 온도를 계산하려면 다음과 같이 하세요. 𝑇out최대 허용 온도보다 낮은지 확인해야 합니다. 𝑇최대 를 입력합니다. 만약 𝑇out 초과 𝑇최대를 사용하면 냉각판은 난방 문제를 효과적으로 해결하지 못합니다.
가정 𝑇out<𝑇최대로 설정하면 다음 단계는 정규화된 열 저항(θ).
열 계산 외에도 유동 채널 모양, 병렬 및 직렬 구조, 기계적 강도, 냉각수의 질량 유량, 제조 비용 등을 고려해야 합니다.
액체 냉각 소재를 선택할 때는 강도, 강성, 내식성, 가공성, 용접 성능, 열 전도성 등의 요소를 고려하는 것이 중요합니다. 현재 액체 냉각판은 3003 및 6063 시리즈 알루미늄 소재를 사용하는 경우가 많습니다.
3003 알루미늄 합금은 가소성, 용접성, 내식성이 우수하고 강도가 상대적으로 낮습니다(1 시리즈보다 약간 높음).
6063 알루미늄 합금은 뛰어난 성형성, 가공성, 용접성, 적당한 강도, 내식성 및 전기 도금 기능을 자랑합니다.
설계 시뮬레이션은 액체 냉각판의 개발과 생산에 필수적인 요소로, 설계자와 엔지니어에게 다양한 이점을 제공합니다. 시뮬레이션 툴을 활용하면 설계를 최적화하고 효율성을 높이며 위험을 완화할 수 있습니다. 또한 시뮬레이션은 혁신적인 사고를 자극하여 비용 절감과 제품 품질 향상으로 이어집니다. 이 글은 액체 냉각판 설계 및 엔지니어링 분야의 전문가라면 반드시 읽어야 할 필수 자료입니다.
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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