리튬용 상변화 소재
최근 몇 년 동안 전기 자동차에 리튬 이온 배터리가 점점 인기를 얻고 있지만 성능은 온도에 크게 영향을 받습니다. 극심한 더위나 추위로 인해 용량이 크게 손실되고 안전 위험이 발생할 수 있습니다. 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 배터리는 상당한 양의 열을 발생시킵니다. 배터리의 안정성과 수명, 차량의 안전을 위해서는 이를 효과적으로 소멸시키는 것이 중요합니다. 배터리 열 관리 시스템(BTMS)의 구현은 이러한 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. BTMS의 주요 목적은 배터리 셀의 온도를 조절하여 배터리 시스템의 전체 수명을 향상시키는 것입니다.
PURE EV의 프로젝트 관리자(배터리 및 파워트레인)인 Srinivas Burla가 작성한 이 기사에서는 배터리 열 관리 시스템의 유형과 배터리 냉각에 상변화 재료를 사용할 때의 이점에 대해 설명합니다.
확장된 표면, 침지 냉각, 냉각판, 열전 냉각기, 상 변화 재료, 실리콘 패드 및 포팅 재료의 사용을 포함하여 다양한 기술이 BTMS에 활용됩니다.BTMS는 크게 두 가지 유형으로 분류될 수 있습니다.:
활성 방법: 이러한 방법은 작동을 용이하게 하기 위해 외부 전원에 의존합니다. 가열 및/또는 냉각을 위한 내장 메커니즘이 통합되어 있습니다.
수동적 방법: 패시브 BTMS는 작동을 위해 외부 전원 공급 장치가 필요하지 않습니다. 주변 환경을 사용하여 열을 발산합니다. 외부 전원이 필요하지 않기 때문에 열 관리 시스템 개발 분야에서 가장 많이 사용되는 방법입니다. 이러한 방법은 또한 컴팩트하고 덜 복잡하며 안전하고 비용 효율적이며 수명주기가 향상된다는 장점이 있습니다.
PCM 또는 상변화물질은 고체-액체 상변화 동안 과도한 온도 변화 없이 많은 양의 열을 흡수할 수 있습니다.패시브 열 관리 시스템은 추가 에너지 소비 없이도 상변화 온도 내에서 배터리 온도를 균일하게 제어할 수 있습니다.배터리 팩에 상변화 물질을 사용할 때 고려해야 할 매개변수는 다음과 같습니다.
열 전도성:열전도율이 높으면 열 분산 및 분산이 향상되어 배터리 셀에서 열이 쉽게 전달됩니다.
녹는 온도: 녹는 온도 범위는 배터리 팩의 원하는 작동 온도 범위와 일치합니다. 용융 온도를 초과하면 배터리에서 열을 흡수하고, 응고되면 열을 방출합니다.
잠열: 높은 융합 잠열은 상 변화 과정에서 흡수되거나 방출되는 에너지의 양입니다. 잠열이 높으면 PCM이 더 많은 열 에너지를 흡수하거나 방출하여 배터리 팩의 온도를 효과적으로 제어할 수 있습니다.
주기 안정성: PCM은 장기적인 신뢰성을 보장하기 위해 여러 가열 및 냉각 주기에 걸쳐 안정적이어야 합니다. 열적 특성의 심각한 저하나 변화 없이 반복적인 상전이를 겪을 수 있어야 합니다.
호환성: PCM은 부작용이나 성능 문제를 방지하기 위해 배터리 팩 구성 요소 및 재료와 화학적으로 호환되어야 합니다. 배터리 셀이나 기타 구성 요소가 부식되거나 성능이 저하되어서는 안 됩니다.
밀도:밀도가 높을수록 주어진 부피에 더 많은 열을 저장하므로 공간이 제한된 응용 분야에 유리합니다.
상변화 물질은 다양한 종류로 분류될 수 있으며, 그 중 파라핀 왁스는 전자제품의 열 관리에 널리 사용됩니다. 이러한 왁스는 무게에 비해 높은 융해열, 선택할 수 있는 다양한 융점, 안정적인 사이클링 기능, 비부식성 및 화학적 불활성과 같은 몇 가지 유리한 특성을 가지고 있습니다. 대부분의 금속과 호환되므로 적합한 선택입니다. 또 다른 주목할만한 특징은 상당한 양의 잠열을 저장할 수 있는 능력이며 광범위한 온도 스펙트럼에서 사용할 수 있다는 것입니다.