유체 유동 배열에 따른 원통형 리튬이온 배터리팩의 유랭식 성능 특성에 관한 수치적 연구 (Numerical Study on Oil Cooling Performance of The Cylindrical Lithium-Ion Battery Pack with Flow Arrangement)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 23권 / 6호 / 19 ~ 25페이지
· 저자명 : 한정우, 황성국, 쿠날 산딥 가루드, 이명성, 이무연

초록

리튬이온 배터리는 방전 시 전기화학 반응으로 인하여 열이 발생하고, 고온 상태에서는 열화현상에 의해 수명이 감소한다. 따라서 리튬이온 배터리는 최적 온도를 유지하는 것이 중요하며, 적정한 냉각 시스템이 요구된다. 최근 자동차용 리튬이온 배터리 팩의 용량 증가로 인하여 수랭식 냉각판을 이용한 간랭식이 주로 사용되고 있으나, 냉각수 누수 위험성 열저항 증가 등의 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하고자 절연 유체를 사용해 리튬이온 배터리를 직접 냉각하는 연구가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 유체 유동 배열에 따른 유랭식 성능 특성 및 압력강하를 분석하기 위해 수치해석 연구를 진행하였다. 원통형 리튬이온 배터리의 전기화학 발열량을 수치적으로 계산하기 위해 상용코드인 ANSYS fluent의 MSMD battery model인 NTGK model을 이용하였다. 5개 방전속도 조건에서 정전류 방전 실험을 통해 NTGK model의 Y, U 파라미터를 구하였으며, 2C-rate에서 수치해석 값을 검증하였다. 해석은 4S4P 배열의 18650 원통형 리튬이온 배터리팩에 대해 4가지 입구 및 출구 조건에서 진행하였다. 해석 결과 냉각성능 및 압력강하는 배터리 버스바에 영향을 받았으며, 최적 유동 배열의 최고온도와 온도편차는 각각 32.41℃, 5.15℃로 나타났다.

영어초록

The life of lithium-ion batteries decreases because of high heat generation during discharging at high temperatures. Lithium-ion batteries need to maintain an optimal temperature using an effective cooling system. Recently, indirect cooling using cold plates has been employed, but there are disadvantages to this cooling, such as an increase in thermal resistance and coolant leakage. Accordingly, research is being conducted on the direct oil cooling of lithium-ion batteries to overcome these drawbacks. In this study, numerical analysis was conducted to analyze the oil cooling performance and pressure drop characteristics for different fluid flow arrangements. The electrochemical heat generation of a cylindrical lithium-ion battery was calculated using the NTGK model in ANSYS Fluent commercial code. The Y and U parameters of the NTGK model were obtained through a constant current discharge experiment at five discharge rates, and the numerical analysis results were verified at a 2C-rate. Numerical analysis was conducted considering four inlet and outlet cases for a cylindrical lithium-ion battery pack. The results showed that the cooling performance and pressure drop are affected by the battery busbar, and the proposed optimal fluid flow arrangement showed the maximum temperature and temperature difference of 32.41°C and 5.15°C, respectively.

참고자료

· 없음