• 에너지공학
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• 제24권3호
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• pp.89-95
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• 2015

레독스흐름전지의 전극으로 사용하기 위해 (주)CNF에서 제조한 탄소펠트를 여러 가지 온도에서 열처리하여 실험하였다. 열처리 조건에 따른 탄소펠트의 물성특성을 파악하기 위하여 BET(비표면적)와 무게감소를 측정하였고 표면특성을 살펴보기 위하여 주사전자현미경(SEM)과 XPS 분석을 실시하였다. 또한 전기저항, CV(cyclic voltammetry), RFB 충방전 성능 통해 열처리 조건에 따른 전극특성에 미치는 영향을 살펴보았다. SEM, BET분석을 통하여 탄소펠트 표면의 물성 변화를 확인하였고, XPS 분석을 통해 $550^{\circ}C$에서 1시간 열처리한 탄소펠트의 표면에 산소 관능기가 가장 많이 부가된 것을 확인하였다. CV 실험을 수행한 결과 $550^{\circ}C$ 열처리 전극의 활성면적이 가장 컸다. $400^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $550^{\circ}C$에서 열처리한 탄소펠트를 이용하여 바나듐 레독스흐름전지를 구성하고 충-방전 실험을 실시한 결과 충-방전 에너지효율이 $400^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 72.9%, $500^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 79.8%, $550^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 79.8%로 $550^{\circ}C$ 열처리 전극이 가장 우수하였다.

• 전기화학회지
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• 제19권3호
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• pp.114-121
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• 2016

본 연구에서는 리튬이온전지의 충방전시 발생하는 발열특성을 CFD 모델링하고, 발열에 따른 충방전 특성을 해석하였다. 리튬이온전지는 직교 파우치형 구조로서 두께방향으로의 1차원계로 설정하여, 전류밀도 방정식, 열 및 물질전달 지배방정식을 도입하였다. Cut-off 전압이 3 V에서 충방전 전류밀도가 1C($17.5A/m^2$), 3C($52.5A/m^2$) 와 5C($87.5A/m^2$)에 대하여, 298K의 등온계와 충방전 전류밀도 별 발열계로 각각 설정하였다. 등온계와 발열계에서 모두 충방전 전류밀도가 높을수록 전지의 용량은 감소되는 것으로 나타났다. 등온계에 비하여 발열계에서 충방전 시간이 증가하였으며, 이는 발열에 의한 온도의 증가로 인해 전극의 평형전위가 감소하고, 리튬이온의 확산계수가 증가하기 때문인 것으로 고려된다. 또한, 리튬이온전지의 충전과 방전에 의한 열 발생 영향을 제어하기 위한 냉각효과를 분석하였다.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제13권1호
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• pp.101-108
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• 2014

The battery pack in this research consists of dozens of a small battery for energy storage. And this battery pack charges and discharges repeatedly at high capacity (25 ~ 50 V, 25 ~ 100 A). The high temperature which can be generated in this process has a bad effect to the lifetime and efficiency of batteries. Moreover these factors are related with maintenance cost. Therefore, we need to assess the thermal performance of the battery pack in advance using the experimental or numerical analysis. In this research, we analyzed voltage and surface temperature of one cell battery to calculate heat transfer using the numerical analysis. And the temperature of the battery surfaces and inside of the pack was also analyzed. As a result, we found out the appropriate pack structure which stacked five modules.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권8호
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• pp.1-7
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• 2017

본 논문은 퍼스널 모빌리티에 사용되는 360 Wh급 리튬이온 배터리 팩의 성능 및 안정성 확보를 위하여 리튬이온 배터리 팩의 열전달 특성에 관하여 상용수치해석 프로그램인 ANSYS v17.0의 CFX를 이용하여 수치적으로 연구하였다. 이를 위하여 퍼스널 모빌리티에 사용되는 360 Wh급 리튬이온 배터리 팩의 배터리 셀 배열을 4가지 경우로 변경하고, 배터리 셀 홀더에 사용되는 재질과 배터리 팩 케이스에 사용되는 재질을 각각 Polypropylene, Aluminium, Magnesium alloy로 변경하였다. 그 결과 배터리 평균 온도는 배터리 셀 배열이 Model 2 일 때 가장 낮게 예측되었으며, 배터리 셀 홀더와 배터리 팩 케이스 재질 변경에 따른 배터리 평균 온도는 대부분의 경우 Aluminium 일 때 가장 낮게 예측되었다. 퍼스널 모빌리티에 사용되는 360 Wh급 리튬이온 배터리 팩의 열전달 성능은 배터리 셀 배열과 배터리 팩 케이스 재질에 많은 영향을 받았으며, 배터리 셀 배열 Model 2와 배터리 팩 케이스 재질이 Aluminium 일 때 가장 높았다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권6호
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• pp.403-408
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• 2016

리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 안정적인 충전/방전 특성을 내재하고 있어 하이드리드 및 전기자동차에 보편적으로 사용된다. 리튬 이온 배터리의 효율은 배터리 자체의 온도 특성에 직접적인 영향을 받으므로, 열을 효율적으로 냉각하는 기술이 요구된다. 본 논문에서는 수냉식 배터리 냉각 시스템의 냉각 성능과 펌프 소모동력에 관한 전산유체해석을 수행하였다. 이를 위해 배터리 셀의 냉각수 유량 및 냉각 채널의 특성에 따른 냉각 성능을 수치적으로 예측하였다. 이를 바탕으로 250개 배터리 셀을 기준으로 유량 및 차압에 의한 소모동력을 계산하였다. 이러한 연구는 차세대 하이브리드 및 전기자동차의 시간에 따른 배터리의 온도 변화 및 충/방전 효율 최적화 기술에 적용할 수 있는 기초 연구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국정밀공학회지
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• 제29권10호
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• pp.1078-1088
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• 2012

In this paper, we present research experimental results about the different thickness T-joint welding of the high power continuous wave(CW) Nd:YAG laser for the secondary battery of a vehicle. Although the conventional method used for the secondary battery is a argon TIG welding, we utilize a laser welding to improve Tungsten Inert Gas(TIG) welding's weakness. The laser, which has a couple of advantage such as aspect ratio, low Heat Affected Zone(HAZ), good welding quality and fast productivity utilized in this work is a CW Nd:YAG laser. In order to observe laser welding sections, we used a optical microscope. Through the analysis of the metallographic, hardness, aspect ratio, and heat input, we obtained the desired data in condition of 1800 W laser beam power and 1.8 m/min and 2.0 m/min laser beam travel speeds. In order to compare electric resistances of the argon TIG welding and laser welding, we made an actual battery and the electric resistance of the laser welding is reduced by 40~45% comparing with the argon TIG welding.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제16권1호
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• pp.16-21
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• 2017

In this paper, the effect of battery-package shape of electric vehicle on the forced convection around a group of battery cells has been numerically investigated. Simulations for the two package shapes with straight/curved ducts have been conducted to examine the two design factors; the maximum temperature and the temperature deviation of a group of cells which influence the cell durability. The simulation of the conjugate heat transfer has been simplified by employing an equivalent thermal conductivity of cell that consists of various materials. It has been found that the maximum temperature and the temperature deviation of curved duct were lower than those of straight duct. Velocity fields have also been examined to describe the temperature distribution of a group of cells and the position of maximum temperature was found to be related to the dead zone of flow field.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권10호
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• pp.693-698
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• 2017

원통형 리튬이온 배터리를 이용한 배터리 팩의 냉각을 위한 해석을 수행하였다. 파우치형에 비해서 원통형 셀을 이용한 배터리 팩은 저렴하면서 신뢰도가 우수한 것으로 알려져 있다. 단지 부피가 파우치 타입에 비해서 크고 디자인적으로 제약이 있다라는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 18650 배터리를 이용한 배터리팩의 냉각성능을 해석을 통하여 예측하였다. 배터리팩의 온도 안정성은 자동차용 배터리 팩에서 가장 중요한 부분이기 때문이다. 해석을 수행하기 전에 발열 시험을 수행하였으며 열화상 카메라를 이용하여 온도를 측정하고 해석을 통해서 이에 해당하는 발열량 값을 예측하였다. 이를 바탕으로 배터리 팩의 자연대류와 강제대류 해석을 진행하였으며 각각의 냉각 성능을 비교하였다. 배터리 셀을 직접 냉각하는 직접냉각 방식, 배터리 케이스 상하면을 냉각하는 방식, 배터리 케이스 상하면에 공기 통로를 설치하는 세 가지 방식에 대해서 냉각 성능을 비교하였고, 공기채널 방식이 안정성과 냉각성능 면에서 우수함을 해석을 통하여 입증하였다.

• Coupled systems mechanics
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• 제11권1호
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• pp.43-54
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• 2022

In order to analyse the thermal performance of battery systems in electric vehicles complex simulation models with high computational cost are necessary. Using reduced order methods, real-time applicable model can be developed and used for on-board monitoring. In this work a data driven model of the cooling plate as part of the battery system is built and derived from a computational fluid dynamics (CFD) model. The aim of this paper is to create a meta model of the cooling plate that estimates the temperature at the boundary for different heat flow rates, mass flows and inlet temperatures of the cooling fluid. In order to do so, the cooling plate is simulated in a CFD software (ANSYS Fluent ®). A data driven model is built using the design of experiment (DOE) and various approximation methods in Optimus ®. The model can later be combined with a reduced model of the thermal battery system. The assumption and simplification introduced in this paper enable an accurate representation of the cooling plate with a real-time applicable model.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제15권4호
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• pp.527-534
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• 2012

Thermal batteries are primary batteries that use molten salts as an electrolyte and employ an internal pyrotechnic source to heat the battery stack to operating temperatures, typically between 450 and $550^{\circ}C$. The unit cell of thermal batteries consists of an anode, an electrolyte, a cathode, a heat pellet and a current collector. The heat source for such batteries is typically heat pellets based on $Fe/KClO_4$. The elevated temperature by combustion of heat pellet is supposed to cause a flatness non-uniformity, buckling, with a lateral extension diameter of current collector. This paper mainly focused on the combustion and buckling model of current collector to simulate the effect of heat source. Mechanical stresses in the current collector caused by thermal stress is a critical design consideration of thermal batteries because the internal short circuit could be occurred.