그림 1 : GM VOLT 전기차용 방열판은 알루미늄으로 된 냉각판이다. 병렬로 플레이트를 통과하는 5개의개별 냉각수 경로가 있다.
그림 2 : Porsche Boxster의 배터리 방열판
방열판(heat sink plate)은 부품 및 제품의 열을 낮추기 위한 장치이다. PC 내부의 부품 중에 발열이 심한 CPU나 그래픽카드 등에 사용되며 제품에 따라 구리, 알루미늄 등 다양한 금속 재질로 이루어져 있다.[1] 전기차용 방열판은 배터리의 발열 문제를 해소하기 위해 수십개의 배터리셀 사이에 방열판을 삽입하고 있다. 전기차 배터리 한 대당 방열판이 80여개가 탑재되는 것으로 파악됐다.[2]
방열판을 이용한 간접냉각
간접냉각은 직접냉각을 하기 어려울 경우에 사용된다. 각 기둥이나 파우치(pouch) 모양의 셀은 셀 사이의 간격을 최소로 배열할 수 있는데 이러한 경우 배터리의 패키징 효율이 높아서 각 기둥 셀은 전기자동차에, 파우치 셀은 하이브리드 자동차에 주로 이용된다. 하지만 셀 사이의 작은 간격 때문에 직접냉각의 어려움으로 방열판을 이용한 간접냉각을 사용한다. 알루미늄 방열판을 셀 사이에 위치시키고 기체 또는 액체를 이용하여 냉각한다. 그림3은 공기를 이용하여 방열판을 냉각시키는 방법, 그림 4은 냉각루프를 이용하여 방열판을 냉각하는 방법이다.
그림 3과 같이 공기를 이용한 간접냉각은 방열판의 높은 열전도도 때문에 셀에서의 온도 편차를 줄일 수 있다. 이는 셀에서 국부적으로 높은 열유속이 방열판을 통해 재분배되기 때문이다. 또한, 방열판은 모듈의 열용량을 높이기 때문에 공기를 이용한 직접냉각의 경우(그림 3)보다 평균적인 셀온도가 낮게 된다. 하지만 에어채널의 용적열용량(volumetric heat capacity)이 작으면 셀 간의 온도 편차가 커지게 된다. 공기를 이용한 간접냉각은 셀의 방열량이 10 W/cell보다 작을 경우에 사용해야 셀 간의 온도 편차를 적합한 수준으로 유지할 수 있다.
그림 4과 같이 액체를 이용한 간접냉각은 공기를 이용한 간접냉각(그림 3)에 비해 셀 간의 온도 편차가 낮고, 높은 냉각성능으로 발열량이 20 W/cell보다 큰 셀에도 적용할 수 있다. 마지막으로 액체를 이용한 직접냉각과 거의 유사한 성능을 보이지만, 열전달 유체로 절연유체인 오일을 사용하는 직접냉각에 비해 간접냉각의 경우 절연유체일 필요가 없
으므로 주로 사용되는 부동액(water/glycol)을 사용하여 유체 유동에 필요한 동력을 줄일 수 있다.
| 그림 4 : 방열판을 이용한 간접냉각(냉각수)
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각주
참고자료
같이 보기
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