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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김한상
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수103
이 논문의 연구 히스토리 (5)
2022
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최근 전기자동차의 동력원으로 사용되는 리튬-이온 배터리의 경우 우수한 성능과 내구성의 확보를 위해서는 적정 온도 하에서의 안정적인 배터리 작동을 가능하게 하는 유용한 배터리 열관리가 핵심적인 사항으로 인식되고 있다. 이를 위해서는 다양한 배터리 작동 조건에서 배터리의 온도 분포를 정확히 이해하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 상용 전산유체역학(CFD) 코드인 Fire M을 적용하여 공랭식 원통형 리튬-이온 배터리로 구성된 배터리 팩 시스템에 대한 복합 열해석을 진행하였다.
CFD를 적용한 배터리 냉각 열해석에서 주요한 사항은 배터리의 정확한 발열량 산정과 더불어 배터리 팩의 배터리 표면을 통해 방출되는 열유속이 배터리 팩에서 냉각 공기에 의해 어떤 공간적 분포를 나타내는가를 파악하는 것이다.
본 논문에서는 배터리 냉각 성능 평가를 위한 해석의 신뢰도를 높이기 위하여 배터리 내 열전달(전도)과 배터리 팩의 냉각 공기의 유동(대류)을 모두 고려한 복합 열해석을 통해 배터리 열유속의 공간적 분포를 파악하였다.
첫째로 전기-열적(Electro-thermal) 모델을 이용하여 배터리의 발열량을 산출하고 이를 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 둘째로 배터리 발열량을 배터리 표면에 열유속 경계조건을 지정하여 배터리 온도 분포를 분석한 기존 방식과 배터리 반응층에 열유속 경계조건을 지정하여 진행한 복합 열해석 방식을 비교하였다.
동일한 열유속 조건에서 복합 열해석의 경우 배터리 배열에 따른 배터리 반경 방향의 열유속 분포를 효과적으로 파악할 수 있었다. 이러한 복합 열해석 방식의 적용을 통해 기존 열해석 방식과 비교할 때 배터리 팩 내 온도 분포 실험 결과와 더 부합되는 결과를 얻었다. 이를 통해 복합 열해석 방식이 방전 과정 중 배터리의 온도 분포를 보다 정확하게 예측할 수 있는 유용한 방안을 제공함을 알 수 있었다.
또한 본 연구에서 적용된 복합 열해석을 통한 배터리 팩의 온도 분포 파악 방법은 개선된 배터리 열관리 시스템 구축에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
CFD를 적용한 배터리 냉각 열해석에서 주요한 사항은 배터리의 정확한 발열량 산정과 더불어 배터리 팩의 배터리 표면을 통해 방출되는 열유속이 배터리 팩에서 냉각 공기에 의해 어떤 공간적 분포를 나타내는가를 파악하는 것이다.
본 논문에서는 배터리 냉각 성능 평가를 위한 해석의 신뢰도를 높이기 위하여 배터리 내 열전달(전도)과 배터리 팩의 냉각 공기의 유동(대류)을 모두 고려한 복합 열해석을 통해 배터리 열유속의 공간적 분포를 파악하였다.
첫째로 전기-열적(Electro-thermal) 모델을 이용하여 배터리의 발열량을 산출하고 이를 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 둘째로 배터리 발열량을 배터리 표면에 열유속 경계조건을 지정하여 배터리 온도 분포를 분석한 기존 방식과 배터리 반응층에 열유속 경계조건을 지정하여 진행한 복합 열해석 방식을 비교하였다.
동일한 열유속 조건에서 복합 열해석의 경우 배터리 배열에 따른 배터리 반경 방향의 열유속 분포를 효과적으로 파악할 수 있었다. 이러한 복합 열해석 방식의 적용을 통해 기존 열해석 방식과 비교할 때 배터리 팩 내 온도 분포 실험 결과와 더 부합되는 결과를 얻었다. 이를 통해 복합 열해석 방식이 방전 과정 중 배터리의 온도 분포를 보다 정확하게 예측할 수 있는 유용한 방안을 제공함을 알 수 있었다.
또한 본 연구에서 적용된 복합 열해석을 통한 배터리 팩의 온도 분포 파악 방법은 개선된 배터리 열관리 시스템 구축에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
목차
요약 ⅰ표목차 ⅲ그림목차 iv기호설명 vI. 서 론 1II. 단일 배터리 전기-열적 모델링 41. 단일 배터리 전기-열적 모델링 42. 단일 배터리 실험 결과 비교 7III. 배터리 팩의 단순 열해석 시뮬레이션 91. 열해석을 위한 시뮬레이션 조건 92. 해석 격자 생성 및 테스트 123. CFD 해석 결과 14IV. 배터리 팩의 복합 열해석 시뮬레이션 171. 복합 열해석 조건 172. 해석 격자 생성 및 테스트 193. CFD 해석 결과 21V. 해석 결과의 분석 25VI. 결론 33참고문헌 34영문초록(Abstract) 37
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