EV의 영역에서 배터리 안전 및 성능은 효과적인 열 관리에 크게 의존합니다. 주요 구성 요소 중
배터리 열 관리 시스템, 냉각 플레이트는 중심적인 역할을합니다. 내부 흐름 채널을 통해 냉각제를 순환하여 배터리 온도를 조절하거나, 충전 및 방전 사이클 중에 발생하는 과도한 열을 제거하거나, 추운 환경에서 배터리로 열을 전달하여 항상 최적의 작동 온도를 확보합니다.
배터리 콜드 플레이트냉각 방법에 따라 액체 냉각 시스템 및 직접 냉매 냉각 시스템을 기반으로 두 가지 주요 유형으로 분류됩니다. 액체 냉각 시스템은 콜드 플레이트의 내부 채널을 통해 순환하여 배터리 셀에서 열을 흡수하고 전달하는 물-글리콜 혼합물 또는 유사한 냉각제를 사용합니다. 이것은 신뢰성과 성숙으로 인해 전기 자동차에서 가장 널리 사용되는 방법입니다. 대조적으로, 직접 냉매 냉각 시스템은 냉장을 작동 유체로 사용하여 차가운 판을 통해 직접 흐르고 열을 제거합니다. 이 접근법은 중간 냉각수 루프의 필요성을 제거하고 더 높은 냉각 효율 및 시스템 단순성을 제공하여 소형 또는 고성능 응용 프로그램에 적합합니다. 이 기사에서는 액체 냉각 플레이트를 자세히 소개합니다.
1. 액체 냉각 플레이트의 유형
시장은 현재 뚜렷한 형성 원리, 장점 및 단점을 가진 다양한 액체 냉각 플레이트 구조를 제공합니다. 가장 널리 사용되는 유형에는 스탬프 플레이트, 압출 된 플레이트 및 뱀 튜브 (HARP 튜브) 구조가 포함됩니다.
스탬프 냉각판
스탬프 플레이트는 알루미늄 합금 시트를 눌러 내부 냉각수 유량 채널을 형성하여 제조됩니다. 알루미늄 합금의 연성 및 강도 덕분 에이 방법은 CTP (Cell-to-Pack) 및 CTC (Cell-to-chassis) 설계에서 냉각 플레이트의 통합을 지원합니다. 스탬프 냉각 플레이트는 유연한 흐름 경로 설계를 허용하여 열 교환 효율 및 제품 안정성을 향상시킵니다.
PROS : 높은 설계 유연성, 우수한 표면 접촉, 효율적인 열 소산, 우수한 생산 확장 성 및 고압 저항.
콘 : 비용이 높고 상대적으로 엄격한 표면 평탄도 및 어셈블리 정확도 요구 사항.
압출 된 냉각 플레이트
압출 된 플레이트는 알루미늄 프로파일을 압출하여 내부 유량 채널을 생성하여 제조됩니다. 그들은 배터리 셀과 직접 접촉하여 열 소산 표면적을 최대화하는 2 개의 평평한 표면을 특징으로합니다.
PROS : 높은 생산 효율, 강력한 구조, 저렴한 비용 및 높은 부하용 용량.
콘서 : 고르지 않은 벽 두께는 압력 저항에 영향을 줄 수 있습니다. 단단한 구조는 소형 설계에서 공간 활용을 제한 할 수 있습니다.
뱀 튜브 (하프 튜브) 냉각 플레이트
이 유형은 유량 채널로 형성된 알루미늄 튜브를 사용하고 양쪽 끝의 매니 폴드에 용접됩니다. 간단한 구조, 낮은 무게 및 저렴한 비용으로 인해 CMP (Cell-Module-Pack) 설계에 일반적으로 사용됩니다.
PROS : 저렴한 비용, 경량, 간단한 구조 및 처리하기 쉬운.
콘서 : 단일 유량 채널 제한 열 전달 효율; 작은 접촉 영역은 냉각 효과를 줄입니다. 고밀도 에너지 배터리 시스템에는 이상적이지 않습니다.
비교 테이블
유형 원칙 장점 단점
저비용 및 용접 된 저비용, 경량, 단순 구조 제한 흐름, 작은 접촉 면적, 평균 열 소산, 약한 부하 용량으로 형성된 뱀 튜브
스탬핑 된 시트 스탬핑 및 용접 유연성 설계, 우수한 접촉 표면, 고효율, 우수 압력 저항 고비, 엄격한 표면 및 어셈블리 정확도 요구 사항
압출 압출 형성 및 정밀 밀봉 고효율, 저비용, 강력한 구조 복잡한 밀봉, 표면 평탄도는 접촉에 영향을 미치며 스크류 기반 설계에 적합하지 않습니다.
2. 냉각 플레이트 선택의 주요 요인
열 성능
소산 기능 :
흐름 경로 설계는 열 전달에 큰 영향을 미칩니다. 스탬프 플레이트는 높은 유연성을 제공하여 열 플럭스 증가 및 효율 향상을 가능하게합니다. 열전도율이 우수한 알루미늄 합금 (150–250 w / m · k)이 일반적으로 사용됩니다.
온도 균일 성 :
균일 한 온도는 배터리 일관성에 필수적입니다. 다 채널 흐름 설계, 특히 압출 된 플레이트에서 온도 그라디언트를 최소화하는 데 도움이됩니다.
기계적 성능
강도 및 압력 저항 :
냉각 플레이트는 배터리 셀과 내부 냉각수 압력으로부터 기계적 압축을 견딜 수 있어야합니다. 압출 된 플레이트는 강력한 구조를 제공하지만 고르지 않은 벽 두께는 압력 내성을 줄일 수 있습니다. 스탬프 판은 내구성을 보장하기 위해 브레이징 품질에 의존합니다.
진화 및 충격 저항 :
GB38031에 따른 진동 테스트는 약점을 노출시킬 수 있습니다. 하프 튜브 플레이트는 용접 조인트에서 풀릴 수 있습니다. 부적절하게 설계된 스탬프 플레이트 위험 피로 균열. 압출 된 플레이트는 일반적으로 강하지 만 관절 쿠션이 좋지 않으면 손상이 발생할 수 있습니다.
재료 특성
신경 전도도 :
알루미늄 합금은 무게, 비용, 가공성 및 열 성능의 균형을 유지합니다.
진위 저항 :
장기 냉각수 노출은 부식, 벽이 얇아 지거나 누출을 일으킬 수 있습니다. 양극화와 같은 표면 처리는 부식성을 향상 시키지만 극한의 pH 수준 또는 가혹한 환경은 보호 층을 저하시킬 수 있습니다.
비용 고려 사항
재료 비용 :
하프 튜브 플레이트는 가장 비용 효율적입니다. 스탬프 플레이트는 적당한 비용을 가지며 압출 된 판에는 고품질 프로파일이 필요하므로 비용이 증가합니다.
제조 비용 :
스탬핑 및 압출에는 높은 초기 도구 및 장비 비용이 포함됩니다. 마찰 교반 용접 용접 비용과 같은 고급 용접 기술은 비용을 증가시키는 반면 브레이징은 더 경제적입니다. 복잡한 채널 설계도 생산 비용에 추가됩니다.
배터리 팩과 통합
차원 호환성 :
소형 배터리 팩에는 적응할 수있는 냉각 플레이트 설계가 필요합니다. 하프 튜브 플레이트는 작은 공간에 적합한 반면 스탬핑 된 플레이트는 맞춤형 흐름 경로를 제공합니다. 압출 된 플레이트는 접촉 영역이 더 크지 만 공간적 유연성이 적습니다.
설치 :
높은 통합 및 조립 편의성은 생산 효율성을 향상시킵니다. 설계자는 배터리 팩 구조 및 어셈블리 프로세스와의 호환성을 고려해야합니다.
올바른 액체 냉각 플레이트를 선택하려면 열 성능, 기계적 강도, 부식 저항, 비용 및 통합 요구 사항의 균형을 맞추는 것이 포함됩니다. 차세대 CTP / CTC 설계에서 스탬프 판이 지배적이지만, 압출 및 하프 튜브 유형은 특정 시나리오에서도 가치를 유지합니다. 이러한 요소를 이해하면 엔지니어가 EV 배터리 시스템의 안전, 신뢰성 및 수명을 보장하기 위해 정보에 입각 한 선택을 할 수 있습니다.
