전기차 배터리 열 관리 방법.
EV 라운지를 즐겨 찾으시는 분들은 전기자동차에 관심이 많으신 분이거나 오너분들 이시겠지요? 많은 분들이 아시다시피 전기차는 배터리가 가장 중요한 부품이고, 이를 관리하는 것 역시 매우 중요함을 알고 계실겁니다. 하지만 자동차라는 물건이 겪는 온도변화는 지역마다 차이가 있겠지만 국내의 경우 크게는 섭씨 -30도에서 50도까지 겪게됩니다. 이러한 온도상황속에서 차량에 사용되는 배터리는 대부분 리튬 이온으로, 온도애 매우 민감하여 15~36도의 온도에서 최적의 성능을 발휘할 수 있다고 합니다. 게다가 전기차는 최대 주행가능거리가 중요하기 때문에 배터리의 밀집도를 높혀서 배치를 하게되는데 각 배터리 셀간의 온도차이로 인해 발생하는 성능차이를 줄이고자 배터리 셀간의 온도편차를 5도 이하로 유지하는 것이 필수라고 합니다. 결국 차량 스스로 최적의 배터리 온도를 균일하게 유지해야 배터리 수명뿐아니라 출력을 유지할 수 있다는 뜻이죠.
게다가 밀집된 배터리의 온도가 급격히 올라가는 현상인 열폭주현상은 해당 배터리 셀이 내는 열로 밀집되어 있던 다른 배터리셀까지 확대될 수 있는 위험성이 있기에, 전기차의 안전성을 위해서는 배터리 열관리 시스템이 필수적이죠.
배터리 냉각에는 다양한 방식이 있는데, 열을 흡수하는 물질인 매질이 직접 닿는지 여부에 따라,직접냉각과 간접냉각 방식으로 나눌 수 있습니다.
매질이 직접 닿아서 배터리를 냉각하는 직접냉각방식은 공기나 오일등이 배터리를 직접 식히는 방식이고, 간접냉각방식은 매질이 직접 닿지 않아 쇼트발생 우려를 줄일 수 있는 방식으로 히트파이프, 냉각판 등이 이에 해당합니다.
먼저, 직접 냉각방식인 공기냉각 방식은, 배터리가 외부의 공기와 직접 접촉을 통해 열을 발산하는데, 간단한 장치와 낮은 가격이 소요된다는 장점이 있지만, 공기의 열용량과 열전도율이 낮아 충분한 발열을 제어하기 위해서는 충분한 량의 공기 유입과 배출이 이루어져야 하고, 이를 위해 팬을 돌리는 동력에 소모가 크고, 배터리 셀간의 편차를 균일하게 유지하기 어려운 단점이 있습니다.
다음으로 액체냉각 방식은, 다양한 종류의 냉매를 이용한 냉각방식으로, 큰 열용량과 높은 열전도도를 가져, 공기 냉각방식보다 효과적입니다. 공기냉각방식의 많은 공기유입량이 필요하지 않기 때문에 콤팩트한 설계가 가능하고, 이러한 이유로 전기히터, 물펌프, 팬 등의 부가적 동력장치가 요구되는 단점이 있지만, 전기차 배터리는 보통 이 방식을 선택하고 있죠.
액체 냉각방식은 전기히터, 물펌프 팬 등의 부가동력을 이용하게 되는데, 이 효율을 높이기 위해 냉매 순환 시스템을 효율적으로 활용하여 겨울철에 온도를 올리는데에 추가적인 에너지를 덜 사용할 수 있도록, 여름철에 온도를 내리는데에 불필요하게 에너지를 소모하지 않도록, 열을 불필요하게 방출하는 장치에서 열을 흡수하고, 열을 불필요하게 흡수하는 장치에 열을 방출할 수 있도록 순환 방식을 조절합니다.
테슬라에서는 이러한 시스템을 옥토밸브 시스템이라는 장치로 설계하여, 8개의 밸브를 열고 닫음으로서 열효율 및 에너지 사용 효율을 조절하고 있죠.
전기차는 겨울에 전비가 떨어진다고 많이들 알고 있지요, 그리고 많은 오너들이 경험하고 있죠. 이러한 배터리 온도 조절 방식 뿐 아니라 배터리 온도조절을 위한 효율적인 시스템 개발연구가 필요할 것 같습니다.
위 내용은 “Journal of Power Sources 378 (2018) 383–403, Electric vehicles batteries thermal management systems employing phase change materials”의 내용과 그림을 인용하였습니다.
'테슬라이프' 카테고리의 다른 글
| 전기차의 히트펌프 시스템 (0) | 2023.01.12 |
|---|---|
| 전기차 겨울준비 (1) | 2023.01.12 |
| 테슬라의 오토파일럿과 풀셀프드라이빙(FSD) (1) | 2023.01.12 |
| 내차로 제주도 가기(전기차 타고 제주여행)(퀸제누비아) (0) | 2023.01.12 |
| 테슬라메이트 천안 영주 운행기록(영주여행기1) (0) | 2023.01.12 |