배터리의 열 폭주 방지

배터리에 대한 가장 큰 위협은 생성된 열이 소산 속도를 초과하여 일련의 발열 반응을 유발하는 열 폭주입니다. 이로 인해 화재가 발생하고 배터리 전체가 고장나며 다른 차량 구성 요소에 영향을 미칠 수 있습니다. 열 폭주를 방지하고 억제하기 위해 배터리 설계에는 압축 패드, 모듈 인클로저 및 배터리 케이스가 통합되어 있습니다. 압축 패드는 셀 사이에 배치되어 열 전파를 방지하고, 모듈 인클로저는 셀을 그룹화하여 모듈 내에 열 폭주를 방지합니다. 마지막으로, 이러한 모듈은 배터리 케이스에 내장되어 열 폭주 효과로부터 차량의 다른 부품을 보호합니다.

배터리 인클로저 디자인

전기 자동차 배터리 인클로저는 배터리 유형, 냉각 요구 사항, 모듈 배포 및 애플리케이션에 따라 디자인, 모양 및 크기가 크게 다릅니다. 일반적으로 모듈 인클로저는 다음으로 구성됩니다.

1. 베이스 하우징,

2. 외부 케이싱,

3. 내부 구성요소와 외부 구성요소를 연결하는 연결판,

4. 열 폭주 시 압력 균형 또는 가스 방출을 위한 배기 밸브입니다.

배터리 인클로저의 재료 선택

배터리 인클로저에 사용되는 재료는 높은 열 성능, 우수한 기계적 특성 및 경량성을 가져야 합니다. 전통적으로 알루미늄과 강철은 내열성과 대량 생산 적합성 때문에 선호되어 왔습니다. 그러나 금속 재료의 질량은 잘 제어할 수 없습니다. 특히 차량 질량이 낮을수록 에너지 밀도가 높아지고 주행 거리가 길어지는 하이브리드 및 전기 자동차의 경우 더욱 그렇습니다. 현재 배터리는 차량 전체 질량의 최대 50%를 차지할 수 있습니다.

복합 재료

복합 재료는 경량 대안을 제공하며 더 복잡하고 비용이 많이 들지만 여러 측면에서 잠재적으로 금속을 능가할 수 있습니다. 예를 들어, 모터스포츠 고객을 위해 개발된 탄소 섬유 강화 폴리머 인클로저는 무게가 6.7kg(14.8lbs)인 알루미늄 인클로저를 616g(1.35lbs)에 불과한 복합 인클로저로 대체하여 91%의 무게 감소를 달성했습니다. 높은 열적, 기계적 성능을 위해 탄소 섬유 열경화성 프리프레그가 사용되었습니다. 탄소 섬유는 강도와 강성을 제공하는 동시에 에폭시와 같은 고급 수지 시스템이 사전 함침되어 있습니다. 그러나 수동 레이업 공정, 긴 경화 시간, 오토클레이브에 대한 의존성으로 인해 프리프레그 배터리 인클로저 생산이 제한됩니다.

복합 재료의 또 다른 장점은 섬유 배향을 최적화하여 각 배터리 인클로저의 특정 부하 요구 사항을 충족할 수 있다는 것입니다. 유한요소해석(FEA)은 섬유 방향과 필요한 층 수를 결정하기 위해 설계 과정에서 광범위하게 사용되며, 경량을 유지하면서 높은 강성과 강도를 보장합니다. 금속의 등방성 특성은 여전히 ​​장점을 제공하며, 추가적인 강도와 강성을 제공하기 위해 볼트 연결부 주변에 자주 사용됩니다. 하이퍼메시 및 Optistruct와 같은 소프트웨어는 배터리 인클로저의 이방성 복합 재료를 시뮬레이션합니다.

전기 절연

전기 절연은 배터리 인클로저를 개발할 때 고려해야 할 또 다른 사항입니다. 탄소 섬유는 전도성이기 때문에 유리 섬유 층이 라미네이트에 통합되어 특정 전자 부품을 절연합니다.

인증

배터리와 인클로저의 열 성능을 보장하려면 다양한 안전 테스트와 인증 표준을 통과해야 합니다. 첫 번째 기준은 UN38.8로, 고도 시뮬레이션, 열 테스트, 진동, 충격, 외부 단락, 충격 및 압착, 과충전, 강제 방전 등 8가지 테스트를 통해 리튬 배터리 운송 중 안전성을 보장합니다. 배터리는 사람이나 물건을 운반하기 위해 4륜 전기 자동차에 설치된 리튬 배터리에 대해 필요한 테스트를 설명하는 ECE R100 REV2에 따른 인증도 필요합니다. 항공에서는 DO311A 및 DO160G와 같은 다른 표준을 고려해야 합니다.

배터리 열 시뮬레이션

배터리 인클로저의 경우 복합 재료는 여러 표면, 수직 및 수평 연소 테스트를 포함하여 UL94 가연성 안전 표준을 충족해야 합니다. 제어된 화염은 특정 기간 동안 재료에 여러 번 적용되며, 재료의 지속적인 연소 시간, 연소 또는 화염 방울의 증거를 통해 재료가 UL94의 V0, V1 또는 V2 등급을 충족하는지 결정합니다. 불꽃이 빨리 꺼질수록 재료의 저항력은 더 강해집니다. V0가 가장 높은 등급이며, 불꽃이 떨어지지 않고 10초 이내에 꺼집니다.