마이크로 채널 열교환기를 활용한 ESS용 간접 수랭식 배터리 냉각시스템 성능에 관한 연구
A Study on the Performance of an Indirect Water-Cooled Battery Cooling System for ESS Using a Micro channel Heat Exchanger
- 주제(키워드) 에너지저장장치(ESS) , 리튬이온 배터리 , 열관리 , 냉각시스템
- 주제(DDC) 621.8
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 윤백
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000034881
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
최근, 지구온난화 및 기후변화에 대한 우려가 심화됨에 따라 신재생에 너지에 대한 관심이 증가하고 있다. 하지만 신재생에너지를 활용하는 기술은 자연 조건에 의존하기 때문에, 간헐적으로 에너지를 생산한다는 단점이 있다. 이를 보완하고자 생산된 에너지를 저장하는 에너지저장장치(ESS)의 중요성이 부각되고 있다. ESS는 전기화학적 방식, 기계적 방 식 그리고 열에너지 저장방식이 존재한다. 그 중에서도 전기화학적 방식인 리튬이온 배터리를 활용한 ESS가 가장 보편적으로 사용되고 있다. 리튬이온 배터리는 성능, 내구 수명 및 안정성이 온도에 큰 영향을 받기 때문에, 열관리가 필수적으로 요구되고 있다. 현재 ESS는 공랭식 냉 각방식을 적용하고 있다. 하지만, 일반적으로 공랭식 냉각관리에 비해 수랭식 냉각방식이 보다 더 효율적으로 열관리를 수행할 수 있다고 알려져 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 ESS에 간접 수랭식 냉각방식을 적용하여 냉각시스템의 성능을 실험을 통하여 분석하였다. 또한, 전기 자동차의 간접 수랭식 배터리 열관리 시스템(BTMS)에서 일반적으로 사용되는 열교환기인, cooling plate 열교환기와 기존 BTMS에 적용되지 않았던 micro channel 열교환기의 냉각성능을 비교∙분석하고 최적의 열교환기를 선정하였다. 선정한 열교환기를 기반으로 외기온도 40℃ 및 0.5 C- rate 충 ∙방전 조건에서 배터리 최대허용온도 및 온도 편차를 유지하기 위한 냉각수 유량과 온도를 도출하였으며, 다양한 외기온도 조건에서 요구되는 냉각수 유량을 선정하였다. 최종적으로 공랭식 냉각방식과의 비교실험을 통해 간접 수랭식 냉각방식의 우수성을 입증하였다. 따라서 본 연구를 통해 향후 에너지저장장치에 수랭식 냉각방식을 적용하는 것이 배터리의 성능유지 및 수명연장에 유의미한 기여를 할 것으로 사료된다. 주제어: 에너지저장장치(ESS), 리튬이온 배터리, 열관리, 냉각시스템
more목차
제 1 장 서론 1
제 1 절 연구 배경 1
제 2 절 연구 동향 및 분석 8
제 3 절 연구 목적 12
제 2 장 실험 장치 및 방법 13
제 1 절 실험 장치 13
제 2 절 실험 방법 및 조건 30
제 3 장 실험결과 및 고찰 35
제 1 절 충∙방전 과정에서의 배터리 온도 확인 35
제 2 절 간접 수랭식 배터리 냉각시스템 작동여부 확인 38
제 3 절 열전대 부착상태 검증 43
제 4 절 표준상태에 대한 냉각수 유량 및 온도 조건 도출결과 45
제 5 절 열교환기 성능비교 실험결과 48
제 6 절 표준조건에 대한 시료의 신뢰성 확인 54
제 7 절 외기온도에 따른 냉각수 유량 선정 실험결과 56
제 8 절 공랭식 모듈과의 냉각성능 비교 실험결과 58
제 4 장 결론 64
참고 문헌 67
Abstract 73
