냉매 사이클을 이용한 배터리 냉각/승온 시스템 연구

국문 초록 (Abstract)

최근 자동차 시장은 환경문제, 에너지 자원 문제 등에 의해 점차 친환경 차량으로 넘어가는 추세에 있으며, 그에 따라 전기자동차(Electric Vehicle)가 미래의 운송수단으로 각광받고 있다. 전기자동차는 충전 또는 방전이 가능한 다수의 2차 전지(Cell)가 하나의 팩(Pack)으로 구성된 배터리를 주 동력원으로 사용하며 이러한 배터리는 크기와 용량에 따라 전기자동차 뿐만 아니라 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS)용 배터리 컨테이너에도 적용된다. 이러한 배터리는 충전 또는 방전 시 전력의 크기가 매우 크며, 배터리의 발열량 또한 크다. 배터리의 성능과 수명은 배터리 온도에 영향을 받기 때문에 배터리 성능, 수명향상을 위한 배터리열관리 방안은 에너지 효율 측면에서 매우 중요한 문제이다. 이와 관련하여 당 사는 냉매사이클 내부에서 순환하는 냉매의 상 변화 시에 발생하는 열 에너지를 이용하여 배터리를 효율적으로 승온 또는 냉각 시키도록 하는 시스템을 고안하였고, 해당 시스템을 모듈화 하여 배터리 승온과 냉각 각각의 모드에 따른 성능을 해석을 통해 분석하였다.
배터리열관리 시스템은 압축기(Compressor)와 판형 열 교환기(Plate Heat Exchanger), 사방밸브(4Way Valve), 팽창밸브(Electronic Expansion Valve, EXV), 기액분리기(Accumulator)로 구성되며, 사방밸브의 모드에 따라 판형 열 교환기는 응축기와 증발기의 역할을 번갈아가며 수행하게 된다. 팽창밸브의 개도량과 종류를 변경하여 조건 별 성능해석을 진행하였으며, 이중관(Internal Heat Exchanger, IHX) 유무에 따른 해석결과와 비교분석 하였다.
본 연구는 배터리 용량에 관계없이 공용으로 사용 가능한 배터리열관리 시스템의 모델을 제시하며, 점차 발전하는 배터리 분야에서 열관리에 대한 방안을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.