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배터리 플랫폼화와 배터리박스 개발
자동차 산업에서 비용 절감, 효율성 개선, 품질 보증을 보장하면서, 넓은 스팬, 빠른 반복, 풍부한 제품 라인과 같은 시장 수요에 대처하기 위해 제품 표준화-차량 플랫폼화는 의심할 여지 없이 좋은 전략입니다. 배터리 플랫폼화를 통해 동일한 배터리 팩 솔루션을 다른 모델에 맞게 매치하거나 동일한 유형의 배터리 셀과 유사한 구조로 구성된 배터리 팩 솔루션을 매치할 수 있습니다. 즉, 가능한 한 많은 부품을 표준화할 수 있어 개발 주기를 단축하고 비용을 절감하며 생산 라인을 간소화하고 생산 효율성을 개선할 수 있습니다.
첫 번째: 배터리 플랫폼화
배터리 플랫폼 솔루션은 제품의 전반적인 계획, 비용 절감 및 생산 용량 최적화에 도움이 됩니다. 차량 플랫폼의 배터리 플랫폼 전략에 따라 플랫폼의 각 모델 요구 사항의 교차점과 대역폭을 고려하고 가능한 한 적은 배터리와 배터리 솔루션을 사용하여 가능한 한 많은 모델과 호환되도록 해야 합니다. 순수 전기 프로젝트의 아키텍처 개발에서 통합 전원 배터리 팩을 합리적으로 배치하는 것이 중요합니다. 특정 작업 요소에는 전원 및 전원 성능 요구 사항, 충돌 안전, 레이아웃 위치 및 공간 등이 포함됩니다.
1-공간적 크기 경계 및 배터리 셀 표준화
l 사용 가능한 배터리 팩 위치
현재 주류 파워 배터리 레이아웃은 바닥 아래에 있으며, 앞 좌석 아래, 뒷 좌석 아래, 중간 채널, 발판 등이 있습니다. 이 레이아웃은 사용 가능한 면적을 극대화하고, 차량의 중심을 낮추고, 차량의 핸들링 안정성을 개선하고, 충돌력 전달 경로를 최적화할 수 있습니다.
그림 1: 전기 자동차 개발 중 배터리 팩 레이아웃
l 배터리 팩 공간 레이아웃의 진화
분할 배터리 팩: JAC 통웨이 시리즈와 같은 분할 배터리 팩 공간 레이아웃을 채택했습니다. 에너지 모듈은 두 개의 배터리 팩으로 구성되어 있으며, 하나는 원래 연료 탱크 위치에 배치되고 다른 하나는 예비 타이어가 보관되는 트렁크에 배치됩니다.
또한 엔지니어들은 연료 자동차의 원래 구조 내에서 사용 가능한 공간을 끊임없이 탐색하고 있으며, 그 결과 "工" (공), "T", "土" (투) 모양의 배터리 팩 레이아웃이 등장하게 되었습니다.
이러한 유형의 설계는 전통적인 연료 차량의 사소한 수정입니다. 공간이 매우 제한적이며, 적재할 수 있는 배터리 팩의 부피와 무게가 매우 제한되어 용량을 늘리기 어렵고 순항 범위가 높지 않습니다.
통합 배터리 팩: 이것은 새로운 제품 디자인 개념입니다. 전체 차량의 디자인은 핵심 구성 요소인 배터리 팩을 중심으로 이루어집니다. 배터리 팩은 모듈식으로 설계되었으며 차량 섀시에 평평하게 놓여 사용 가능한 공간을 극대화합니다.
l 배터리팩 설치 지점 레이아웃
배터리 팩의 합리적인 배치는 매우 중요하며, 설계의 제한 요인으로는 지상고, 통행성, 충돌 안전, 전력 요구 사항 및 기타 여러 측면이 있습니다.
그림 2: 배터리 팩 크기 설계 제약
차량 플랫폼은 플랫폼 내에서 각 차량 모델의 범주, 레벨 및 위치를 정의한 다음 차량의 크기와 휠베이스를 결정해야 합니다. 차량 레이아웃은 차량 공간에 따라 X, Y 및 Z 방향으로 배터리 팩의 크기 봉투를 분해합니다. 배터리는 차량의 주어진 봉투 내에 배치되어 차량의 다양한 시스템 간에 간섭이 없도록 해야 합니다. 자중 지수는 배터리 팩의 시스템 품질 요구 사항을 분해할 수 있습니다.
배터리 크기 측면에서, 파워 배터리 팩의 설계는 차량 공간 및 자중과 같은 엄격한 기준 지표를 피할 수 없으며, 이는 배터리 셀 설계에 대한 한계가 있음을 의미합니다. 이 한계에 의해 제약을 받으면 배터리 셀 크기는 특정 범위에 집중될 것입니다. 예를 들어, 정사각형 배터리 셀의 길이는 150-220mm, 너비는 20-80mm, 높이는 약 100mm입니다. 배터리 셀 크기 사양의 변화 추세는 차량 플랫폼화와 배터리 표준화 간의 보완 관계의 결과입니다.
그러나 다양한 자동차 제조업체의 배터리 플랫폼 전략, 차량 모델 및 표준화에 대한 이해가 다르기 때문에 현재 제품 솔루션에 상당한 차이가 있습니다. 예를 들어 BYD의 표준화 전략은 크기가 960*13.5(14)*90(102)mm로 고정되어 있고 단일 셀 전압이 3.2/3.3V인 블레이드 배터리를 완전히 대체하는 것입니다.
2- 내구성 경계 및 배터리 용량 솔루션 개발
전원 배터리는 차량이 주행할 수 있는 에너지를 제공합니다. 배터리 용량, 방전 깊이, 에너지 밀도는 사용 가능한 전력량에 영향을 미칩니다. 다양한 모델의 요구를 충족하기 위해 모델 간의 전력 소비 차이가 중요한 관심사가 되었습니다. 차량의 순항 범위는 전기 구동, 배터리, 자중, 풍저항, 기계적 저항, 저전압 전력 소비, 에너지 회수와 같은 요인의 영향을 받습니다. 전력 소비 차이가 큰 모델 간에 배터리 솔루션을 공유할 가능성은 약하므로 배터리 크기, 품질, 전력, 전력 성능 최적화를 포함한 개인화된 배터리 전력 솔루션을 개발하여 순항 성능 요구 사항을 충족해야 합니다.
차량 제조 플랫폼의 순수 전기 범위의 제약 하에서 배터리에 필요한 순 방전은 다양한 모델의 전력 소비에 영향을 받습니다. 플랫폼에서 각 모델의 전력 소비 분포를 확인하여 전력 소비 대역폭을 배터리 수요 분포로 추가로 변환한 다음 플랫폼에 필요한 배터리 전력 계획을 결정해야 합니다.
3-전력 성능 경계
배터리에 해당하는 변수는 다양한 SOC와 온도에서 배터리의 전력-전압 특성입니다. 배터리의 전력은 차량의 전력 시스템의 전력 요구 사항에 해당하고 전압은 구동 모터의 정격 전압 요구 사항에 해당합니다.
일반적으로 전체 차량 플랫폼에 대한 배터리 솔루션의 평가는 상온 및 고출력에서 100km 가속 시간과 그에 따른 배터리 표시기 분해부터 시작하여 점차적으로 전체 범위와 모든 작동 조건에 대한 배터리 표시기 분해로 확장됩니다.
두 번째: 배터리 박스 개발
1- 배터리 통합 및 모듈화
배터리 모듈의 설계를 최적화하고, 배터리 팩의 통합과 모듈성을 개선하고, 비활성 부품을 줄이고, 배터리 팩의 에너지 밀도를 높입니다.
현재 인기 있는 배터리 팩 통합 기술에는 CTP, CTB, CTC 및 기타 형태가 포함됩니다. 통합 기술의 발전에 따라 부품의 모양, 재료 및 조합이 변경되었습니다. 전반적인 방향은 통합 및 통합입니다. 독립 부품의 수를 줄이고 하나의 큰 부품을 사용하여 여러 부품을 대체함으로써 더 크고 기능적인 구성 요소가 형성됩니다.
2-배터리 박스 디자인
배터리 케이스는 전원 배터리 시스템 조립체의 캐리어로, 제품의 안전한 작동과 보호에 중요한 역할을 하며, 전체 차량의 안전에 직접적인 영향을 미칩니다. 배터리 케이스의 구조 설계에는 주로 배터리 케이스의 상부 쉘, 하부 쉘 및 기타 구성 요소에 대한 쉘 재료 선택과 제조 공정 솔루션 선택이 포함됩니다. 배터리 케이스의 상부 커버는 주로 밀봉 역할을 하며 많은 힘을 받지 않습니다. 배터리 케이스의 하부 케이스는 전체 전원 배터리 시스템 제품의 캐리어이며, 배터리 모듈은 주로 하부 케이스에 배치됩니다. 따라서 배터리 케이스 내부에 내장된 홈 및 배플과 같은 구조적 조치가 있어야 차량 주행 시 배터리 모듈이 안정적으로 고정되고, 앞뒤, 좌우, 상하 방향으로 움직임이 없어 측벽과 상부 커버에 충격을 주지 않고 배터리 케이스의 수명에 영향을 미치지 않습니다.
그림 3: 배터리 하부 박스 솔루션, a-스킨 프레임, b-FSW 용접 + 프레임, c-FSW 용접 + 프레임
l 배터리팩 설치 지점 구조 설계 및 연결 고정
배터리 팩 설치 지점은 일반적으로 전면과 후면을 통과하는 장착 빔 구조를 채택하고, 프런트 엔드는 전면 캐빈 세로 빔에 연결되어 효과적이고 일관된 폐쇄 빔 구조를 형성합니다. 설치 지점은 배터리 팩의 중량 분포에 따라 합리적으로 배치됩니다. 배터리 팩과 차량은 볼트 고정, 기계적 고정 + 접착 조인트 하이브리드 연결, 스냅온 연결 등 다양한 방식으로 고정됩니다.
그림 4: 배터리 팩 레이아웃 및 설치 섹션
파워 배터리 팩은 일반적으로 여러 개의 리프팅 러그 구조를 통해 차량에 설치됩니다. 파워 배터리 팩 자체의 큰 무게 외에도 리프팅 러그는 돌길과 깊은 움푹 들어간 곳과 같이 차량의 움직임으로 인한 도로 자극을 견뎌야 합니다. 이러한 내구성 있는 작업 조건과 오용 조건은 리프팅 러그 구조의 강도에 대한 요구 사항을 더 높여줍니다.
그림 5: 다양한 리프팅 러그 연결 솔루션: a 용접 리프팅 러그 b 알루미늄 압출 프레임 리프팅 러그
l 배터리 박스 안전 및 보호 구조
기계적 강도 및 보호: 배터리 상자는 내부의 배터리를 기계적 충격과 충격으로부터 보호하기에 충분한 기계적 강도를 가져야 합니다. 배터리 상자는 다양한 조건에서 배터리의 안전을 보장하기 위해 진동, 압출 및 기계적 충격을 견딜 수 있어야 합니다.
충돌 보호: 배터리 케이스의 설계는 특히 측면 충돌 및 바닥 충돌의 경우 충돌 안전을 고려해야 합니다. 일반적으로 알루미늄 또는 강철로 만들어지고 외부 프레임을 통해 하부 트레이에 연결되어 구조적 강성을 제공하고 충돌 에너지 흡수 기능을 향상시킵니다. 또한 배터리 케이스의 변형과 배터리 셀의 손상을 방지하기 위해 적절한 충돌 흡수 구조를 설계해야 합니다.
방수, 방진 및 내식성: 배터리 상자는 방수 및 방진이 필요하며 일반적으로 IP67 레벨 밀봉 개스킷을 사용하여 기밀성을 보장합니다. 또한 부식 방지 조치도 고려해야 하며, 예를 들어 외부에 PVC 코팅을 뿌려 내식성을 강화합니다.
폭발 방지 및 압력 방출 설계: 배터리가 폭발하면 에너지는 균형 잡힌 폭발 방지 밸브와 같은 장치를 통해 집중적이고 방향성 있는 방식으로 방출되어 고객 객실로 유입되는 것을 방지해야 합니다. 또한 장비의 전체 파열을 방지하기 위해 폭발 방지 조치(부분적 구조 파괴 등)를 취해야 합니다.
l 밀봉 설계
배터리 박스의 상부 커버와 하부 케이스 사이의 밀봉 표면 설계는 밀봉 성능에서 중요한 역할을 하며, 그 설계는 배터리 박스 구조 및 밀봉 링과 함께 설계되어야 합니다. 밀봉 표면은 가능한 한 동일 평면에 유지되어야 하며, 너무 많은 곡선 구조를 피해야 합니다. 상부 커버와 하부 케이스는 볼트로 연결되므로 많은 수의 볼트를 사용하므로 구멍의 동축성을 보장하는 것이 특히 중요합니다. 볼트 구멍 위치를 합리적으로 배열하는 동안 위치 치수는 가능한 한 둥글어야 하며 X 및 Y 방향으로 대칭적으로 배열되어야 합니다. 연결 볼트 수의 선택은 밀봉 수준과 분해 및 조립 작업 부하량을 기준으로 종합적으로 고려해야 합니다.
그림 6: 상단 및 하단 상자 밀봉 설계, 1-배터리 상단 커버 2-밀봉 개스킷 3-배터리 하단 커버 4-금속 도관
l 전기 안전 및 단락 보호
연결 신뢰성: 배터리 상자 내부의 커넥터는 배터리 상자의 과전류 용량과 전기/기계 연결의 신뢰성을 보장하기 위해 올바른 극성 연결을 가져야 하며 완화 조치 등이 포함되어야 합니다.
전기 절연 및 전압 저항 설계: 모듈 설계는 이중 절연 보호를 채택합니다. 배터리 셀 자체에는 배터리 셀 블루 필름 층과 배터리 셀 상단 패치가 있어 절연 및 전압 저항 요구 사항을 충족합니다. 절연 및 전압 저항 보호는 엔드/사이드 플레이트와 배터리 셀 사이, 배터리 셀과 하단 장착 표면 사이에 설정됩니다.
l 열 관리 설계
배터리 열 관리 개발은 배터리 온도 제어, 냉각판, 배관 시스템 등의 설계를 포함하여 배터리 팩 시스템 설계 및 개발의 전체 주기를 통해 진행됩니다. 배터리 열 관리 시스템 설계의 주요 목표는 공간 레이아웃, 설계 비용, 경량화 등을 고려하면서 가열 또는 냉각 제어를 통해 배터리 시스템이 비교적 적합한 작동 온도에서 작동하도록 하는 동시에 셀 간의 온도 차이를 줄여 일관성을 보장하는 것입니다.
당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다
Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다
배터리팩 제조기술의 혁신과 발전에 대한 간략한 논의丨이전 기사: 배터리 통합 기술의 혁신과 발전
배터리 팩은 신에너지 차량의 핵심 에너지원으로, 차량 전체에 구동력을 제공합니다. 우리는 일반적으로 효율성(에너지 밀도), 안전성, 제조 및 유지 관리 비용의 차원에서 배터리 팩 기술의 장단점을 평가합니다.
배터리 설계에서 단일 셀의 전압은 약 3-4V에 불과한 반면, 전기 자동차에 필요한 전압은 최소 100V입니다. 현재 신차는 700V/800V의 전압을 가지고 있으며 출력 전력은 일반적으로 200W이므로 배터리를 부스트해야 합니다. 전기 자동차의 전류 및 전압 요구 사항을 충족하려면 서로 다른 셀을 직렬 또는 병렬로 연결해야 합니다.
배터리 팩은 배터리 셀, 전자 및 전기 시스템, 열 관리 시스템 등으로 구성되며, 이는 배터리 프레임 구조(베이스 플레이트(트레이), 프레임(금속 프레임), 상부 커버 플레이트, 볼트 등)로 둘러싸여 있습니다. 이러한 구성 요소와 시스템을 보다 효율적이고 안전하게 전체로 "패키징"하는 방법은 항상 전체 산업에서 지속적인 연구와 탐구의 주제였습니다.
이전 기사: 배터리 통합 기술의 혁신과 발전
파워 배터리 그룹 기술의 기원은 1950년대로 거슬러 올라가며, 구소련과 일부 유럽 국가에서 시작되었습니다. 이 기술은 원래 부품의 물리적 유사성(범용 공정 경로)을 결정하고 효율적인 생산을 확립하기 위한 엔지니어링 및 제조 개념으로 사용되었습니다.
그룹 기술(GT)의 핵심은 생산 활동에서 관련된 것들의 유사점을 식별하고 탐색하고, 유사한 문제들을 그룹으로 분류하고, 이 문제 그룹을 해결하기 위한 비교적 통합된 최적 솔루션을 찾아 경제적 이익을 달성하는 것입니다. 전력 배터리 분야에서 그룹 기술은 주로 구조, 열 관리, 전기 연결 설계 및 배터리 관리 시스템(BMS) 기술을 포함하여 단일 셀에서 배터리 팩(Pack)으로 배터리를 통합하는 기술을 포함합니다.
자동차 분야에서 이전의 그룹화 기술은 MTP(Module To Pack)로, 셀을 먼저 모듈로 통합한 다음 모듈을 팩으로 통합하는 것을 의미합니다. 이 기술은 분리 및 교체가 가능한 모듈이 특징으로, 유지 관리성은 좋지만 그룹화 효율성은 낮습니다. 기술의 발전에 따라 그룹화 기술은 MTP에서 CTP(Cell To Pack)로 전환되었습니다. CTP 기술은 셀을 팩에 직접 통합하여 기존 모듈 구조를 제거하고 그룹화 효율성과 생산 효율성을 개선하는 기술을 말합니다. 최근 몇 년 동안 업계는 통합 효율성이 더 높은 CTC(Cell To Chassis), CTB(Cell To Body & Bracket), MTB(Module To Body)와 같은 그룹화 기술도 모색하고 있습니다.
전력 배터리 및 전기화학 에너지 저장 분야에서 리튬 배터리의 주요 기술 발전은 구조적 혁신과 재료 혁신에서 비롯됩니다. 전자는 물리적 수준에서 "셀-모듈-배터리 팩"의 구조를 최적화하여 배터리 팩의 체적 에너지 밀도를 개선하고 비용을 절감하는 목표를 달성하는 것입니다. 후자는 화학적 수준에서 배터리 재료를 탐색하여 단일 셀의 성능을 개선하고 비용을 절감하는 목표를 달성하는 것입니다. 이 글은 다양한 구조적 통합 기술이 배터리 팩 제조 기술에 미치는 영향과 배터리 팩 구조적 통합의 관점에서 혁신적 개발 방향에 초점을 맞춥니다. 전력 배터리 통합을 위한 현재 핵심 기술은 아래 그림과 같습니다.
1-MTP가 제거되었습니다
현재 전기 자동차 개발의 물결이 시작되면서 많은 석유-전기 신에너지 자동차 모델이 출시되었습니다. 이들은 전통적인 가솔린 자동차의 공간적 레이아웃과 스타일 디자인을 이어갑니다. 엔지니어들은 일정 수의 개별 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 비교적 큰 배터리 셀 모듈을 조립한 다음, 이러한 배터리 셀 모듈 몇 개를 익숙한 "MTP" 배터리 팩인 배터리 팩에 넣었습니다. 배터리 팩은 두 번 이상 "포장"해야 하기 때문에 필요한 구성 요소의 수가 매우 많고 배터리 팩은 "내부 3층, 외부 3층"으로 나타나며, 너무 많은 중복 부품이 더 많은 시스템 부피와 무게를 차지하여 "MTP" 배터리 팩의 체적 에너지 밀도와 중량 에너지 밀도가 낮아집니다. 또한 가솔린 자동차의 설계는 배터리 공간을 특별히 예약하지 않았기 때문에 배터리 시스템은 "어디에나 끼워 넣을 수 있을 뿐"이어서 제품 경쟁력과 사용자 경험이 저하됩니다.
테슬라가 대표하는 새로운 지능형 전기 자동차 플랫폼이 출시된 이후, 순수 전기 자동차는 배터리 팩을 더 효율적이고 규칙적인 방식으로 이상적인 공간 위치에 설치할 수 있게 되었고, 3가지 전기 시스템을 더 합리적으로 배치할 수 있으며, 차량의 전자 및 전기 아키텍처와 열 관리 설계를 더 효율적으로 통합할 수 있습니다. 에너지 효율성, 내구성, 지능 측면에서 차량의 제품 강점이 크게 향상되었습니다.
2-Integrated Technology 2.0 Era——CTP
MTP 구조 배터리 팩은 공간 활용에 상당한 문제가 있습니다. 배터리 셀에서 모듈로의 공간 활용도는 80%이고, 모듈에서 배터리 팩으로의 공간 활용도는 50%이며, 전체 공간 활용도는 40%에 불과합니다. 모듈 하드웨어 비용은 총 배터리 비용의 약 14%를 차지합니다. 이러한 낮은 공간 활용 구조는 신에너지 자동차의 개발 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 배터리 셀 → 모듈 → 배터리 팩 → 차체 통합 아이디어의 틀에서 차량이 제한된 섀시 공간에 최대한 많은 전력을 적재하고 볼륨 활용도를 개선하려면 각 통합 단계의 표준화를 고려해야 합니다. 주행 범위에 대한 시장 수요가 계속 증가함에 따라 단일 배터리 모듈의 볼륨이 계속 증가하여 간접적으로 CTP 솔루션이 등장하게 되었습니다.
CTP 구조 기술은 안전성, 패키징 복잡성, 비용 절감 등을 고려하여 탄생했습니다. 배터리 셀의 안전성을 보장한다는 전제 하에 CTP 기술은 내부 케이블과 구조 부품을 줄입니다. MTP 기술과 비교할 때 CTP 기술은 모듈 구조가 없으며 차량에 설치하기 전에 배터리 셀을 배터리 팩에 직접 패키징합니다.
현재 두 가지 주요 아이디어가 있습니다. 하나는 CATL로 대표되는 여러 개의 작은 모듈의 구조를 대체하는 완전한 대형 모듈로 Pack을 간주하는 것입니다. 다른 하나는 설계 중에 모듈 없는 솔루션을 사용하는 것을 고려하고 배터리 자체를 BYD의 블레이드 배터리와 같이 강도 참여자로 설계하는 것입니다.
CTP 기술의 핵심은 모듈 설계를 취소하는 것입니다. 배터리 셀은 셸과 직접 결합되어 엔드 플레이트와 파티션의 사용을 줄입니다. 그 뒤를 따르는 문제는 배터리 팩의 고정과 열 관리입니다.
사실 CTP 배터리팩의 원래 제품은 순수한 모듈 없는 디자인이 아니라, 원래의 소형 모듈을 3개의 대형 모듈과 2개의 중형 모듈로 합친 디자인이었고, 양쪽 끝에는 알루미늄 엔드 플레이트도 있어서 이론적으로는 여전히 MTP이기는 하지만, 실제로 구조적으로는 큰 개선이 있었습니다.
CTP 3.0이 도입된 후, CATL은 더욱 진보된 제조 방법을 제시하여 완전히 모듈 없는 설계를 달성했습니다. 배터리 셀은 높이를 따라 수직 방향에서 수평 위치로 변경되었습니다. 또한, 배터리 셀 사이에 새로운 냉각 솔루션이 구현되어 열을 발산할 뿐만 아니라 지지, 완충, 단열 및 온도 제어 기능도 제공합니다. 하단 셸도 제한적인 고정 기능으로 설계되었습니다.
그림 1: CATL Kirin Battery CTP2.0과 CTP3.0의 비교
3-통합기술 3.0시대——CTB, CTC
l CTB 기술
CTP 기술은 배터리 구조 혁신에서 큰 진전이지만 배터리 팩 자체에서는 돌파구를 마련하지 못했습니다. CTP 기술에서 배터리 팩은 여전히 독립적인 구성 요소입니다. CTP의 배터리 팩에 대한 간소화된 전략과 비교할 때 CTB 기술은 차체 바닥 패널과 배터리 팩 커버를 하나로 결합합니다. 배터리 커버, 도어 실, 앞뒤 빔으로 형성된 평평한 밀봉 표면은 실런트로 승객실을 밀봉하고 바닥은 설치 지점을 통해 차체와 조립됩니다. 배터리 팩을 설계 및 제조할 때 배터리 시스템은 차체 전체와 통합되어 배터리 자체의 밀봉 및 방수 요구 사항을 충족할 수 있으며 배터리와 승객실의 밀봉은 비교적 간단하고 위험을 제어할 수 있습니다.
이러한 방식으로 "배터리 팩 커버-배터리 셀-트레이"의 원래 샌드위치 구조가 "차체 하부 통합 배터리 팩 커버-배터리 셀-트레이"의 샌드위치 구조로 변형되어 차체와 배터리 커버 간의 연결로 인한 공간 손실을 줄입니다. 이 구조적 모드에서는 배터리 팩이 단순한 에너지원이 아니라 전체 차량의 힘과 전달에 구조적으로 참여합니다.
그림 2: CTB 기술 구조의 개략도
l CTC 기술
CTC 방식을 채택한 후 배터리 팩은 더 이상 독립적인 조립체가 아니라 차량 본체에 통합되어 제품 설계 및 생산 공정을 최적화하고 차량 부품 수를 줄이며 특히 배터리의 내부 구조 부품과 커넥터를 줄이며 경량이라는 고유한 이점을 가지고 공간 활용을 극대화하며 배터리 수를 늘리고 주행 거리를 개선할 수 있는 공간을 제공합니다. 전기화학 시스템 자체가 변경되지 않는 조건에서 배터리 수를 늘려 주행 거리를 늘릴 수 있습니다.
그림 3: 테슬라 CTC 기술 구조도
예를 들어, 테슬라와 다른 자동차 제조업체는 CTC 기술 모델을 연이어 출시했습니다. 셀 수준에서는 다기능 탄성 샌드위치 구조와 대면적 수냉 기술을 사용할 수 있으며, 통합 개발을 통해 배터리 팩 하단에 충돌 방지 공간 재사용 기술을 중첩하여 그룹화 효율성, 방열 및 안전성을 고려하고 셀 최적화와 차량 구조 보호의 두 가지 차원에서 CTC 기술의 적용을 촉진합니다. 차량 통합 개발 수준에서 배터리 셀은 섀시에 직접 통합되어 모듈과 배터리 팩의 링크를 제거합니다. 3대 전기 시스템(모터, 전자 제어, 배터리), 3대 부수 전기 시스템(DC/DC, OBC, PDU), 섀시 시스템(변속 시스템, 구동 시스템, 조향 시스템, 제동 시스템) 및 자율 주행 관련 모듈의 통합이 실현되고 지능형 전력 도메인 컨트롤러를 통해 전력 분배가 최적화되고 에너지 소비가 감소합니다.
4- CTP, CTB 및 CTC 기술용 배터리 박스에 대한 특정 요구 사항의 변경
기존의 배터리 팩 구조에서 배터리 모듈은 배터리 셀을 지지, 고정 및 보호하는 역할을 하는 반면, 배터리 박스 본체는 주로 외부 압출력을 견뎌냅니다. CTP, CTB 및 CTC 기술의 적용은 배터리 박스에 대한 새로운 요구 사항을 제시하며, 이는 특히 다음에 반영됩니다.
배터리 박스 본체의 강도 요구 사항이 개선되었습니다. CTP, CTB 및 CTC 구조에서 모듈 링크가 감소되거나 제거되었기 때문에 배터리 박스 본체는 외부 압출력뿐만 아니라 원래 모듈이 지탱하는 배터리 셀의 팽창력도 견뎌야 합니다. 따라서 배터리 박스 본체의 강도 요구 사항이 더 높습니다.
충돌 보호 기능: CTP 기술을 사용하여 배터리 팩의 사이드 빔을 제거한 후, 배터리는 충돌의 충격을 직접 받게 되므로 CTP 배터리 팩은 충분한 충돌 방지 기능을 갖춰야 합니다.
단열, 단열 및 방열 요구 사항: CTP 또는 CTB 및 CTC 구조는 섀시 베어링 구조 상자를 기반으로 바닥 플레이트 프로파일을 수냉 플레이트로 변경합니다. 배터리 박스 상자는 배터리 셀의 무게를 견딜 뿐만 아니라 배터리에 대한 열 관리 및 기타 기능도 제공합니다. 구조가 더 컴팩트하고 제조 공정이 최적화되었으며 자동화 정도가 더 높습니다.
감소된 유지 보수성: 고도로 통합된 설계로 인해 배터리 팩을 교체하기가 복잡합니다. 예를 들어, CTC 구조에서 배터리 셀은 수지 재료로 채워져 있어 배터리 셀을 교체하기 어렵고 수리가 거의 불가능합니다.
5- 배터리팩 통합이 전기자동차 충전 인프라에 미치는 영향
다양한 배터리 팩 통합 기술을 선택하는 것은 다양한 보상 방법을 선택하는 것을 의미합니다. CTP는 배터리 교체를 하는 경향이 있는 반면, 더 고도로 통합된 CTB/CTC는 빠른 충전을 하는 경향이 있습니다.
높은 통합은 동일한 공간에 더 많은 배터리를 수용할 수 있어 전기 자동차의 주행거리가 늘어난다는 것을 의미합니다. 사용자는 더 이상 짧은 거리를 자주 충전할 필요가 없지만 장거리 여행 중에는 빠르게 충전하는 것을 선호할 수 있습니다. 따라서 충전 인프라를 계획할 때는 이러한 변화를 고려하여 사용자 요구를 충족할 수 있도록 해야 합니다.
배터리 팩의 통합이 증가함에 따라 배터리 팩의 물리적 크기와 구조가 변경될 수 있으며, 이는 충전 인터페이스의 설계와 충전 장비의 호환성에 영향을 미칠 수 있습니다.
또한 배터리 팩의 통합 증가는 충전 속도와 효율성에도 영향을 미칠 수 있습니다. 빠르고 안전한 충전 프로세스를 보장하기 위해 보다 효율적인 배터리 관리 시스템과 충전 기술을 개발하고 배포해야 할 수도 있습니다.
당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다.Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다
신에너지 자동차 배터리 트레이/에너지 저장 액체 콜드박스를 위한 공통 표면 처리 기술
신에너지 자동차용 배터리 트레이와 에너지 저장 액체 냉각 상자의 생산 공정에서 필요하고 적절한 표면 처리가 핵심 단계입니다. 예를 들어, 코팅, 산화 처리 등을 사용하여 금속 표면에 보호층을 형성하여 부식성 매체의 침식을 방지합니다. 배터리 셀, 수냉판, 모듈 벽 등과 같이 전기적 절연이 필요한 구성 요소는 절연 보호 필름을 구축해야 합니다. 절연은 일반적으로 절연 분말 또는 절연 페인트를 분사하여 달성합니다. 적절한 표면 처리 기술을 선택하면 트레이/액체 냉각 상자의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 내구성과 안전성도 다양한 응용 시나리오의 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 이 문서에서는 일반적인 표면 처리 기술을 요약하여 참조할 수 있습니다.
1- 세척 및 광택
생산 과정에서 가공 오일, 엔진 오일 잔여물, 분말, 먼지와 같은 불순물이 팔레트 표면에 축적될 수 있습니다. 이러한 불순물은 배터리 트레이의 수명에 영향을 미칠 뿐만 아니라 배터리의 성능과 안전성에 부정적인 영향을 미칠 수도 있습니다. 세척 및 연마를 통해 이러한 불순물을 효과적으로 제거하여 팔레트 표면의 청결을 보장할 수 있습니다. 세척 및 연삭은 표면 불순물, 버, 용접 슬래그를 효과적으로 제거하여 표면을 매끄럽고 평평하게 만들어 배터리 트레이/상자의 전반적인 품질을 개선할 수 있습니다.
l 화학 세척
알칼리 세척: 알칼리 세척은 주로 알칼리성 용액(예: 수산화나트륨, 탄산나트륨 등)을 사용하여 알루미늄 합금 표면의 기름, 먼지 및 기타 유기물을 제거합니다. 알칼리 세척은 비누화, 유화 및 침투 및 습윤을 통해 기름을 제거하고 동시에 수용성 침전물을 생성하여 세척 효과를 얻습니다. 알칼리 세척은 일반적으로 알루미늄 합금 표면에서 기름, 먼지 및 유기 오염 물질을 제거하는 데 사용됩니다.
피클링: 피클링은 산성 용액(예: 질산, 염산 등)을 사용하여 알루미늄 합금 표면의 산화 스케일, 녹 및 기타 무기 침전물을 제거합니다. 피클링은 산과 금속 표면의 산화물의 반응을 통해 금속 표면의 산화물을 가용성 염으로 전환하여 표면 불순물을 제거합니다. 피클링은 주로 알루미늄 합금 표면의 산화막, 녹 및 무기염 스케일을 제거하는 데 사용됩니다. 피클링은 종종 금속 표면의 마감 및 평탄도를 개선하기 위한 최종 처리에 사용됩니다.
l 기계 연삭
생산 중 연삭 공정을 통해 가공 여유분을 제거하고, 형상 오류를 교정하고, 팔레트/상자 표면의 매끄러움과 정확성을 보장하고, 조립 요구 사항을 충족시키며, 결과적으로 전반적인 성능과 서비스 수명을 향상시킬 수 있습니다.
세척하고 윤이 난 표면은 코팅재나 기타 재료로 처리할 수 있는데, 이는 이후의 부식 방지, 밀봉, 열 전도성, 단열, 방열 및 기타 코팅의 시공에 매우 중요하며 이러한 재료를 팔레트/상자에 단단히 고정하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
2-코팅 및 보호필름 구축
팔레트/상자 생산 시에는 기본적인 세척 및 광택 처리 외에도 분무 공정을 통해 표면 처리를 통해 보호층을 형성하여 산화 및 부식을 방지하고 열 절연, 절연 및 내전압 등 다양한 요구 사항을 충족합니다.
l 열 절연
배터리 트레이의 결로 방지 및 단열은 단열 시스템의 포괄적인 설계, 고효율 단열재 사용, 에어로젤 적용, 배터리 팩 단열 설계, 폼 단열재 분사를 통해 달성할 수 있습니다.
바닥면은 PVC 및 폼소재로 분사처리
l 절연내전압
배터리 팩 케이스와 액체 냉각 구성 요소의 절연은 주로 전류 누출을 방지하고, 인원을 감전으로부터 보호하며, 배터리 시스템의 정상적인 작동을 보장하기 위한 것입니다. 절연은 일반적으로 분말 분무와 필름 적층의 두 가지 주요 방법을 통해 달성됩니다. 주류 필름 적층 공정에는 실온 적층, 핫 프레싱 및 UV 노출이 포함됩니다.
단열재 분말 및 단열 페인트의 내부 분사
3-로고 및 간판
명판이나 라벨은 일반적으로 레이저, 기계 조각 등을 통해 배터리 트레이의 눈에 띄는 위치에 부착됩니다. 이러한 로고는 일반적으로 내마모성 및 내부식성 매체로 만들어져 전체 서비스 수명 동안 쉽게 지워지지 않습니다.
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에너지 저장 컨버터의 방열 요구 사항의 변화 및 일반적인 방열 솔루션 비교
에너지 저장 시스템의 핵심 장비인 에너지 저장 컨버터는 전력 변환, 에너지 관리, 그리드 안정성 보장, 에너지 효율 향상 등을 위한 중요한 도구입니다. 에너지 저장 컨버터 전력 장치가 고집적화, 고효율화로 나아가면서, 주파수와 대용량의 발전으로 인해 열 방출에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다.
1-냉각 요구 사항의 변화
l 더 큰 DC 캐빈에 맞춰 컨버터 용량은 계속 증가하고 효율적인 방열 기술은 장비의 신뢰성을 보장합니다.
에너지 저장 셀의 용량이 점점 더 커지면서 에너지 저장 시스템의 용량도 동시에 확장되고 있습니다. 2023년 초 시중에 나와 있는 표준 20피트 단일 셀 배터리 용량은 3.35MWh에 불과했습니다. 하반기에는 많은 배터리 셀 회사가 310+Ah 에너지 저장 제품을 출시했으며, 20피트 단일셀 배터리도 5MWh로 확장됐다. 그러나 5MWh 모델이 업데이트된 지 반년도 채 되지 않아 일부 주요 에너지저장시스템에서는 6MWh와 8MWh 시스템을 출시했다. 일반적인 경험에 따르면 에너지 저장 컨버터는 부하 용량의 1.2배로 구성됩니다. 5MWh 에너지 저장 시스템의 단일 단위 용량은 2.5MW 이상이어야 합니다. 고출력에서는 장비의 안정적인 작동을 보장하기 위해 보다 효율적인 냉각 기술이 필요합니다. 높은 부하를 지속했습니다.
에너지 저장 시스템 통합 토폴로지 체계의 반복적 진화
l DC 고전압 기술을 적용하려면 장치에 더 높은 내압 수준과 절연 강도가 필요하며 전력 장치의 방열이 심각합니다.
대용량 에너지 저장 시스템에 부응하기 위해 DC 고전압 기술은 전압 레벨의 증가를 통해 에너지 절약, 효율성 및 성능 향상을 달성할 수 있습니다. 이제 광전지는 에너지 저장에 관여합니다. 그러나 에너지 저장 PCS의 고전압 진화는 아직 갈 길이 멀고 일부 제조업체는 이를 최적화하여 2000V로 추진하기 시작했습니다. DC 고전압 기술을 적용하면 에너지 저장 컨버터의 전력 전자 장치가 고전압 작업 환경에 적응할 수 있도록 더 높은 내전압 수준과 더 높은 절연 강도를 갖게 됩니다. 고전압 환경에서는 전력 장치의 방열 설계가 더욱 중요해집니다. 전력 장치의 pn 접합 온도는 일반적으로 125°C를 초과할 수 없으며 패키지 쉘의 온도는 85°C를 초과할 수 없습니다.
l 네트워크로 연결된 에너지 저장 시스템에는 복잡한 제어 알고리즘, 회로 설계 및 고전력 밀도 에너지 저장 변환기가 필요합니다.
그리드형 에너지 저장 시스템의 전류원의 본질적인 속성과 달리, 그리드형 에너지 저장 시스템은 본질적으로 전압원이므로 내부적으로 전압 매개변수를 설정하고 안정적인 전압과 주파수를 출력할 수 있습니다. 따라서 동기 발전기의 특성을 시뮬레이션하고, 전압 및 주파수 지원을 제공하고, 전력 시스템의 안정성을 향상시키는 그리드형 컨버터가 필요합니다. 이러한 제어 전략을 위해서는 컨버터에 더 높은 전력 밀도와 더 복잡한 제어 알고리즘이 필요합니다. 그리고 제어 전략을 구현하려면 더 높은 성능의 전력 장치와 더 복잡한 회로 설계가 필요합니다. 고성능을 유지하면서 냉각 시스템의 부피와 비용을 줄이기 위해 높은 전력 밀도와 복잡한 제어 전략으로 인해 발생하는 열을 효과적으로 관리하는 방법은 열 설계의 새로운 과제가 되었습니다.
2-일반적인 냉각 솔루션 비교
에너지 저장 변환기의 방열 솔루션은 최근 몇 년 동안 상당한 반복적 발전을 경험했으며, 이는 주로 전통적인 공냉식에서 액체 냉각 기술로 방열 기술의 전환에 반영됩니다.
l 공기 냉각 솔루션
공기 냉각은 에너지 저장 변환기의 초기 단계에서 사용되는 온도 제어 형태로, 공기를 매체로 사용하여 팬과 라디에이터를 통해 열을 방출합니다. 공랭식 솔루션은 지속적인 에너지 소비 절감, 구조 최적화, 방열 소재 개선을 통해 방열 효율을 향상시킵니다. 2.5MW 전력 수준에서도 공냉식은 여전히 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
l 액체 냉각 솔루션
에너지 저장 시스템의 전력밀도와 에너지 밀도가 지속적으로 증가함에 따라 수냉식 PCS는 열전도율이 높은 냉각수를 매개체로 사용하고, 냉각수를 워터 펌프를 통해 냉각판 내에서 순환시키도록 구동하며 요인의 영향을 받지 않습니다. 고도 및 기압과 같은 영향: 액체 냉각 시스템은 공기 냉각 시스템보다 더 효율적으로 열을 방출하며, 액체 냉각 솔루션은 지난 1~2년 동안 더 높은 수준의 매칭을 제공하기 시작했습니다.
전체 액체 냉각 에너지 저장 솔루션 외에도 일부 제조업체에서는 상변화 직접 냉각을 사용하고 물 순환이 없는 에너지 저장 직접 냉각 기계를 도입했습니다. 직접 냉각 솔루션도 에너지 저장 분야에 진출하고 있습니다.
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신에너지 자동차 및 에너지 저장 배터리 팩에 사용되는 알루미늄 프로파일 설계의 핵심 사항
배터리 팩은 신에너지 차량, 통합 에너지 저장 캐비닛 및 컨테이너의 핵심 구성 요소입니다. 쉘 엔벨로프를 통해 에너지원을 형성하고, 전기 자동차에 전력을 공급하며, 에너지 저장 캐비닛 및 컨테이너에 흡수 용량을 제공합니다. 이 기사에서는 실제 엔지니어링 요구 사항을 결합하고 배터리 팩의 기계적 강도, 안전성, 열 관리 및 경량 요구 사항을 분석하여 배터리 팩 프로필 설계의 핵심 사항을 요약합니다.
1- 배터리 팩 하우징 설계 요구 사항
l 기계적 강도, 진동 저항성 및 충격 저항성：시험 후, 고정 장치의 기계적 손상, 변형 또는 느슨함이 없어야 하며 잠금 장치가 손상되어서는 안 됩니다.
l 밀봉: 배터리 팩의 밀봉은 배터리 시스템의 작동 안전에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적으로 배터리 팩이 밀봉되고 방수되도록 하려면 IP67 보호 수준에 도달해야 합니다.
l 배터리 팩 셸을 설계할 때는 열 관리 성능을 고려해야 하며 적절한 열 관리 설계를 통해 배터리가 적절한 범위 내에서 작동하도록 해야 합니다.
l 설치 및 고정을 위해 쉘은 명판과 안전 표지판을 위한 공간을 확보해야 하며, 수집 라인, 다양한 센서 요소 등을 설치할 수 있는 충분한 공간과 고정된 기초를 확보해야 합니다.
l 비극성 기본 절연의 모든 커넥터, 단자 및 전기 접점은 결합 시 해당 보호 수준 요구 사항을 충족해야 합니다.
l 경량화: 셸의 경량화는 배터리 팩의 에너지 밀도를 개선하는 데 매우 중요합니다. 알루미늄 합금은 무게가 가볍고 품질이 높아 현재 가장 실현 가능한 선택입니다. 실제 응용 프로그램과 결합하여 적절한 극한 설계를 통해 경량화 수준을 개선할 수 있습니다.
l 내구성: 배터리 팩 쉘의 설계 수명은 전체 제품의 사용 수명보다 짧아서는 안 됩니다. 사용 주기 동안 명백한 플라스틱 변형이 발생해서는 안 됩니다. 보호 수준과 절연 성능이 저하되어서는 안 됩니다. 명판과 안전 표지판의 레이아웃, 커넥터 보호를 포함하여 구조는 유지 관리하기 쉬워야 합니다.
그림 1 일반적인 알루미늄 합금 용접 배터리 팩 쉘
2-전형적인 알루미늄 합금 배터리 팩 쉘 솔루션
배터리 팩 셸에 일반적으로 사용되는 알루미늄 합금 소재에는 6061-T6, 6005A-T6 및 6063-T6 등이 있습니다. 이러한 소재는 다양한 구조적 요구 사항을 충족하기 위해 서로 다른 항복 강도와 인장 강도를 가지고 있습니다. 이러한 소재의 강도는 다음과 같습니다. 6061-T6>6005A-T6>6063-T6.
현재 배터리 팩 셸 성형 솔루션에는 알루미늄 프로파일 용접, 알루미늄 합금 주조, 주조 알루미늄 플러스 프로파일 알루미늄, 스탬핑 알루미늄 플레이트 용접 등이 포함됩니다. 알루미늄 프로파일 용접 솔루션은 유연성과 가공 편의성으로 인해 주류 선택이 되었습니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 셸은 주로 알루미늄 합금 프로파일 프레임과 알루미늄 합금 프로파일 바텀 플레이트로 구성되며 6 시리즈 알루미늄 합금 압출 프로파일을 사용하여 용접됩니다. 알루미늄 합금 주조 솔루션은 간소화된 공정과 비용 절감 잠재력으로 인해 미래 개발 방향으로 간주됩니다.
3- 프로필 섹션 디자인
l 단면 크기와 복잡성: 프로파일의 단면 크기는 외접원으로 측정됩니다. 외접원이 클수록 필요한 압출 압력이 커집니다. 프로파일의 단면은 일반적으로 여러 개의 공동으로 구성되어 구조적 강성과 강도를 개선합니다. 일반적으로 프레임, 중간 파티션, 바닥판, 보 등은 다양한 구조적 및 기능적 요구 사항에 맞게 다양한 단면 설계를 채택합니다.
그림 2 일반적인 알루미늄 합금 프로파일 단면
l 알루미늄 프로파일 벽 두께: 특정 알루미늄 프로파일의 최소 벽 두께는 프로파일 외접원 반경, 모양 및 합금 구성과 관련이 있습니다. 예를 들어, 6063 알루미늄 합금의 벽 두께가 1mm인 경우 6061 알루미늄 합금의 벽 두께는 약 1.5mm여야 합니다. 동일한 섹션의 압출 난이도는 6061-T6>6005A-T6>6063-T6입니다. 배터리 팩 프로파일을 설계할 때 프레임 프로파일은 일반적으로 6061-T6 알루미늄 합금 소재로 만들어지며 일반적인 섹션은 여러 개의 캐비티로 구성되고 가장 얇은 벽 두께는 약 2mm입니다. 바닥판 프로파일도 여러 개의 캐비티로 구성되며 소재는 일반적으로 6061-T6, 6065A-T6이며 가장 얇은 벽 두께도 약 2mm입니다. 또한 바닥판 하중 지지 트레이와 바닥판 액체 냉각 통합을 설계할 때 바닥판은 일반적으로 양면 구조를 채택하고 바닥판 두께는 일반적으로 10mm이고 벽 두께와 캐비티 내벽은 약 2mm입니다.
l 프로파일 단면 치수의 허용 오차: 단면 치수의 허용 오차는 알루미늄 프로파일의 가공 허용 오차, 사용 조건, 프로파일 압출의 어려움, 프로파일의 모양에 따라 결정해야 합니다. 압출하기 어려운 일부 알루미늄 프로파일의 경우 모양을 변경하거나 가공 허용 오차와 치수 허용 오차를 늘려 압출의 어려움을 줄이고 요구 사항에 가까운 알루미늄 프로파일 제품을 압출한 다음 사용 요구 사항을 충족하도록 재성형하거나 가공할 수 있습니다.
또한, 프로필 단면을 설계할 때는 조인트, 홈, 벽 두께 등에 대한 다양한 용접 공정의 특정 요구 사항을 고려해야 합니다.
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액체 냉각판의 기밀 테스트를 통과했는데 왜 여전히 누출이 발생합니까?
배터리 팩의 기밀성은 배터리 팩의 품질과 안전성을 보장하는 데 중요한 요소입니다. 배터리 팩의 안전성, 신뢰성 및 사용 수명과 관련이 있습니다. 배터리 팩의 기밀성 테스트는 생산 공정뿐만 아니라 배터리 유지 관리 및 검사 중에도 수행해야 합니다.
1-배터리 팩 기밀 요구 사항
실제 생산 시 배터리 팩의 기밀성은 다음 요구 사항을 충족해야 합니다.
밀봉 성능: 배터리 팩 쉘, 인터페이스 및 커넥터는 먼지 및 수증기와 같은 외부 불순물이 배터리 팩에 들어가는 것을 방지하기 위해 우수한 밀봉 성능을 가져야 합니다. 이는 용접, 밀봉제, 방수 재료 등을 통해 달성할 수 있습니다.
방수 성능은 습기가 배터리에 유입되어 단락, 부식 및 기타 문제가 발생하는 것을 방지합니다. 국가 표준 GB38031-2020 "전기 자동차용 전원 배터리의 안전 요구 사항"에 따르면 배터리 및 구성 요소의 밀봉 성능은 IP67 표준을 충족해야 합니다. 대부분의 신에너지 차량은 배터리 및 구성 요소에 대한 밀봉 성능 요구 사항이 더 높고 IP68 표준을 충족해야 합니다. 즉, 배터리 팩은 지정된 수심 및 침수 시간 내에 물이 유입되는 것을 방지할 수 있습니다.
전통적인 기밀성 테스트 방법에는 압력법과 침지법(물 테스트)이 있습니다. 침지법은 액체 냉각판을 물에 담그고 거품이 발생하는지 관찰하여 밀봉을 판단하는 것입니다.
액체 냉각판 수로 기밀성 시험 탱크
IP68 표준이 더 엄격하지만 실제 응용 분야에서는 압력 강하 방법이 적절한 기밀성 감지 표준을 설정하여 IP68 요구 사항을 충족하는 주요 감지 방법으로 자주 사용됩니다. 압력 강하 방법은 배터리 팩 내부의 압력 변화를 측정하여 배터리 팩의 기밀성을 결정합니다. 기밀성 테스트를 수행할 때는 팽창 압력, 팽창 시간, 압력 안정화 시간 및 누출률과 같은 여러 매개 변수에 주의해야 합니다.
차압 기본 원리 다이어그램 직접 압력 기본 원리 다이어그램
2-액체 냉각판 누설 문제 분석
전력 배터리 차량, 배터리 에너지 저장 시스템 등에 대한 시장 수요가 지속적으로 업그레이드됨에 따라 더 높은 에너지 밀도와 전력 밀도의 배터리 팩이 널리 사용되고 있습니다. 배터리의 열적 특성으로 인해 배터리와 같은 핵심 장비의 안정적인 작동을 보장하고 에너지 활용 효율을 높이기 위해 액체 냉각 기술은 에너지 저장 열 관리를 위한 주류 기술 경로 중 하나이며 액체 냉각 시스템의 기밀성 테스트가 핵심 링크가 되었습니다.
액체 냉각판 누출은 심각한 문제입니다. 누출로 인해 냉각수의 정상적인 흐름이 방해받고, 액체 냉각판의 방열 효과에 영향을 미치며, 장비 성능이 저하됩니다. 누출로 인해 시스템 구성 요소가 노화되고 손상되어 시스템 신뢰성이 떨어질 수도 있습니다. 누출로 인해 전자 부품과 회로가 부식되어 장비 고장 및 화재 위험이 높아질 수도 있습니다.
액체 냉각판 생산 및 제조 과정에서 엄격한 기밀성 테스트를 거친 후에도 누출 문제가 계속 발생하는 이유는 무엇입니까?
액체 냉각 시스템 기밀성 테스트 프로세스
액체 누출은 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있습니다.
l 작은 균열 및 결함 조경 기밀성 테스트는 큰 누출 채널을 감지할 수 있지만, 작은 균열 및 결함이 여전히 존재할 수 있습니다. 이러한 작은 균열은 액체 압력이나 고온 환경에서 확장되어 액체가 스며들 수 있습니다.
l 냉각수 표면 장력과 젖음성 차이: 냉각수의 표면 장력이 낮으면 작은 틈새를 통과하기가 더 쉽습니다. 액체 냉각판의 표면 장력 설계가 불합리하거나 냉각수가 적절하게 선택되지 않으면 액체 침투 문제가 심화될 수 있습니다.
젖음성 차이: 냉각수마다 고체 표면에서 젖음성이 다릅니다. 액체 냉각판의 재료 표면 거칠기가 높거나 미세 구조적 결함이 있는 경우 냉각수가 더 쉽게 침투할 수 있습니다.
l 설치 및 공정상의 문제: 액체 냉각판의 설치 공정이 충분히 정밀하지 않거나 용접, 연결 및 기타 공정에 결함이 있는 경우 밀봉이 제대로 되지 않고 액체가 스며들 가능성이 커질 수 있습니다.
l 환경 조건: 온도 변화, 특히 고압 환경에서는 냉각수의 투과성에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 환경적 요인은 기밀성 테스트 중에 고려되지 않을 수 있지만 실제 작동에서는 온도 변동으로 인해 씰이 고장날 수 있습니다.
l 재료의 노화 또는 피로: 액체 냉각판의 재료를 너무 오랫동안 사용하면 노화 또는 피로가 발생하여 밀봉 성능이 저하되고, 이로 인해 액체 누출 위험이 커집니다.
3-액체 냉각판 누출에 대한 예방 조치
l 액체 냉각판 설계 개선: 액체 냉각판의 구조와 설계를 최적화하여 작은 균열과 결함을 줄이고 밀봉 성능을 개선합니다. 예를 들어, 유로 표면에 모듈 설치 빔을 용접할 때 냉각수 누출을 방지하기 위해 누출 방지 조치를 취합니다.
l 제조 공정 수준 향상: 액체 냉각판의 생산 공정에서 고품질 용접 공정과 재료를 사용하여 냉각수가 침투하기 쉽지 않도록 합니다. 동시에 조립 공정에서는 느슨함이나 잘못된 설치를 방지하기 위해 작동 절차를 엄격히 따릅니다.
l 검출 방법의 조합을 최적화하여 검출 효율성을 보장하고 검출 정확도를 개선하고 누락된 검출률을 줄입니다. 침지법과 압력 강하법은 기밀성 검출에 사용되며, 작동이 간단하고 경제적이며 효율적이며 대규모 일상 검출 요구에 적합합니다. 그러나 두 방법의 검출 정확도는 낮습니다. 압력 강하법의 검출 정확도는 일반적으로 1×10-4Pa·m³/s의 누출률이며 검출 결과의 정확도는 온도, 습도, 청결도 및 압력과 같은 요인에 의해 쉽게 간섭됩니다. 검출 정확도가 높고 효과가 더 좋은 검출 장비를 사용하여 검출 정확도를 1×10-6Pa·m³/s로 높여 검출 효과를 개선합니다.
액체 냉각판 자체의 예방 조치 외에도 냉각수 선택, 씰 선택, 장비 작업 환경 등 다방면에 걸쳐 적절한 대응 전략을 채택하는 것이 필요합니다.
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열 설계에서 엔지니어는 어떤 설계 요소를 최적화하여 효과적인 비용 절감을 달성할 수 있습니까?
방열 설계 시 효과적인 비용 절감 방법을 채택하면 불필요한 비용을 줄이는 동시에 전체 시스템의 안정성과 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
1-디레이팅 설계로 비용 절감
디레이팅 설계는 작동 중에 구성 요소나 제품이 받는 전기적, 열적, 기계적 응력을 의도적으로 줄이는 설계 방법입니다. 실제 생산 및 사용 시나리오에서 전자 장비의 안정성은 구성 요소에 가해지는 응력을 줄임으로써 개선될 수 있습니다.
2D 및 3D 패키징 방식의 방열 경로 다이어그램
l 작동 스트레스 감소 : 제품 설계 및 작동 중에 작동 부하 감소, 작동 주파수 제어, 전류 및 전압 제한 등을 통해 구성 요소의 작동 스트레스를 줄일 수 있습니다.
l 환경 스트레스 감소: 온도 여유가 더 큰 구성 요소를 선택하거나 잘 밀봉된 패키지를 사용하여 구성 요소에 대한 온도, 습도 및 압력의 영향을 줄이는 등 적절한 구성 요소 유형, 레이아웃 및 포장 형태를 선택하여 환경 스트레스를 줄입니다.
l 신뢰성 엔지니어링 애플리케이션: 합리적인 이중화 설계, 오류 감지 및 격리 등을 통해 구성 요소 오류의 위험을 더욱 줄일 수 있습니다.
작동 중 부품에 가해지는 스트레스를 줄임으로써 전력 소비와 발열을 줄일 수 있습니다. 전력 장치가 정격 스트레스 이하의 조건에서 작동하면 전력 소비와 열 발생이 줄어들어 시스템의 에너지 효율성과 신뢰성이 향상됩니다. 장기적으로 용량 감소 설계는 구성 요소 수명을 효과적으로 늘리고, 고장률을 줄이고, 유지 관리 작업량을 줄여 비용을 절감합니다.
2-레이아웃 최적화
방열 부품의 합리적인 배치를 통해 라디에이터의 작업 효율성을 크게 향상시킬 수 있으며, 합리적인 부품 레이아웃 전략을 통해 제품 성능과 비용 간의 균형을 이룰 수 있습니다.
l 방열부품 분산 : 열을 많이 발생하는 부품을 분산시켜 단위면적당 열부하를 줄인다.
l 열 방출에 도움이 되는 위치: 통풍구 근처나 장치 가장자리 등 열 방출에 도움이 되는 위치에 발열체를 놓습니다.
l 엇갈린 배열: 레이아웃 중에 가열 구성 요소를 다른 일반 구성 요소와 엇갈리게 배치하고 가열 구성 요소를 온도에 민감한 구성 요소에서 멀리 유지하여 열에 민감한 구성 요소에 미치는 영향을 줄이십시오.
l 공기 흐름 개선: 방향 설계 및 구성 요소 레이아웃을 변경하여 공기 흐름 경로가 최적화되고 유량이 증가하며 열 전달 계수가 향상됩니다.
구성요소 간 권장 간격
3-냉각방식 선택
전자 부품의 성능이 향상되고 집적도가 높아짐에 따라 전력 밀도가 지속적으로 증가하여 작동 중 전자 부품에서 발생하는 열이 크게 증가합니다. 전자 부품의 방열 방법을 선택할 때 온도 제어 요구 사항에는 주로 다음과 같은 측면이 포함됩니다.
l 온도 범위: 구성 요소마다 온도 허용 범위가 다릅니다. 예를 들어 CPU와 같은 고성능 칩의 작동 온도 요구 사항은 85~100°C이지만 일부 저전력 장치는 더 높은 온도를 견딜 수 있으므로 냉각 시스템은 구성 요소를 보장해야 합니다. 안전한 온도 범위 내에서 작동하십시오.
l 온도 제어 정확도: 온도 제어 요구 사항이 엄격한 일부 시나리오에서는 구성 요소 성능 저하 또는 지나치게 높거나 낮은 온도로 인한 손상을 방지하기 위해 온도를 정확하게 제어할 수 있는 방열 솔루션을 채택해야 합니다.
l 주변 온도: 전자 장비의 방열 효과는 장치 자체의 방열 용량에 따라 달라질 뿐만 아니라 주변 주변 온도의 영향을 받습니다. 방열 설계는 주변 온도의 변화를 고려하고 방열 수단을 통해 장치를 적절한 온도 범위 내에 유지하려고 해야 합니다.
l 전력 소모와 신뢰성: 일부 저전력 전자 부품은 발열이 적을 때 자연 냉각을 사용할 수 있지만, 고전력 장치의 경우 높은 부하에서 정상적인 성능을 유지하고 사용 수명을 연장하기 위해 더 효율적인 냉각 기술이 필요하다.
l 밀폐성 및 집적도: 밀폐되고 고밀도로 조립된 기기의 경우, 발열량이 높지 않다면 자연 방열에 의존할 수 있습니다. 하지만 소자의 집적도가 높고 발열량이 큰 경우에는 강제 방열이나 액체 냉각 등 더욱 효과적인 방열 기술이 필요합니다. 액체 냉각 및 히트파이프 기술은 고출력, 고발열 환경, 예를 들어 행파관, 마그네트론, 고출력 증폭관 등 고출력 전자 부품, 서버 및 고전력 장비, 그리고 신에너지 자동차의 3전 시스템 등에서 독보적인 장점을 가지고 있습니다.
충전 파일 공기 냉각 모듈 충전 파일 액체 냉각 모듈
전자 부품의 방열 방법을 선택할 때는 발열량 및 열유속 밀도, 주변 온도 및 작동 온도, 공간 제약 및 단열 요구 사항, 비용 및 타당성 등의 요소를 종합적으로 고려해야 합니다. 적절한 방열 기술과 방열 장치를 사용하여 구성 요소가 적절한 온도에서 작동하도록 보장함으로써 시스템 교체 및 유지 관리 비용을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 또한, 과거 프로젝트를 재사용하는 것도 개발 및 제조 비용을 줄이고 신뢰성을 향상시키는 효과적인 전략입니다.
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배터리 트레이 용접 시 열 변형의 영향을 효과적으로 방지하거나 줄이는 방법은 무엇입니까?
배터리 박스(Battery Box) 또는 PACK 박스(PACK Box) 등으로도 알려진 배터리 트레이는 신에너지 자동차 개발에 있어 매우 중요한 구성 요소로 주목을 받고 있습니다. 비용, 재료 성능 및 기타 요인. 알루미늄 합금은 밀도가 낮고 강도가 높기 때문에 강성을 유지하면서 차체의 성능을 보장할 수 있어 자동차 경량화 엔지니어링에 널리 사용됩니다.
1-배터리 트레이 용접 부품 및 방법 선택
알루미늄 배터리 트레이는 압출 알루미늄 프로파일을 기반으로 하며 다양한 구성 요소가 용접을 통해 전체로 결합되어 완전한 프레임 구조를 형성합니다. 유사한 구조가 에너지 저장 팩 박스에도 널리 사용되었습니다.
배터리 트레이의 용접 부분에는 일반적으로 바닥 판의 접합, 바닥 판과 측면 사이의 연결, 측면 프레임의 연결, 수평 및 수직 빔 용접, 액체 냉각 시스템 구성 요소 및 용접이 포함됩니다. 브래킷, 리프팅 러그 및 기타 액세서리. 용접 방법을 선택할 때 다양한 재료 및 구조적 요구 사항에 따라 다양한 용접 방법이 선택됩니다. 다음 표를 참조하십시오.
2-용접 열변형의 영향 분석
용접은 국부 가열 처리 방법으로 열원이 용접부에 집중되기 때문에 용접물의 온도 분포가 고르지 않아 결국 용접 구조물 내부의 용접 변형 및 용접 응력이 발생합니다. 용접열변형이란 용접공정 중 입열량과 출력량이 고르지 않아 용접부의 형상과 크기가 변화하는 현상을 말한다. 실제 엔지니어링 프로젝트 경험을 바탕으로 용접 열 변형이 발생하기 쉬운 부품과 영향 요인을 요약하면 다음과 같습니다.
a. 긴 직선 용접부
실제 생산에서 배터리 트레이의 바닥 판은 일반적으로 마찰 교반 용접을 사용하여 2~4개의 알루미늄 합금 프로파일로 만들어지며, 바닥 판과 측면 판, 바닥 판 사이에도 긴 용접이 있습니다. 그리고 스페이서 빔. 긴 용접의 집중된 열 입력으로 인해 용접 영역이 국부적으로 과열되어 열 변형이 발생하기 쉽습니다.
배터리 트레이 프레임 용접
b. 여러 부품의 접합
다중 구성요소 용접에서 용접 공정 중 국부적인 고온 가열과 그에 따른 냉각으로 인해 발생합니다. 용접 공정 중 용접물은 불균일한 입열을 받아 용접 부위와 주변 모재 사이에 상당한 온도 차이가 발생하고 열팽창 및 냉간 수축 효과가 발생하고 용접물의 변형이 발생합니다. 에너지 저장 팩 상자의 전기 설치 끝 부분에는 일반적으로 수도꼭지, 와이어 하니스 브래킷, 빔 등이 장착되어 있습니다. 용접 부분은 조밀하고 쉽게 변형됩니다.
용접이 밀집된 영역에서는 팔레트의 전면이 뒤틀리고 변형됩니다.
액체 냉각판 통합 설계를 갖춘 배터리 트레이에서 얇은 판, 파이프 구조 등과 같이 구조적 강성이 낮은 부품은 용접 공정 중 열 변형에 잘 견디지 못하고 다음과 같이 변형되기 쉽습니다. 액체 냉각판의 채널 측면 벽은 일반적으로 약 2mm에 불과합니다. 모듈 장착 표면에 빔, 와이어 하니스 브래킷 및 기타 부품을 용접할 때 측벽에 균열 및 변형 주름이 발생하기 쉽습니다. 흐름 채널은 전반적인 성능에 영향을 미칩니다.
빔 용접으로 인한 액체 냉각 러너 캐비티 벽의 열 균열 결함
3-용접 열변형 제어방법
a.단면용접, 양면용접
상대적으로 강도 요구 사항이 낮은 부품의 경우 용접 공정이 여러 개의 작은 섹션으로 분해되어 용접의 변형을 줄이기 위해 용접이 서로 상쇄됩니다. 동시에 용접 길이와 횟수를 최소화하고 용접의 과도한 집중이나 교차를 피하면 용접 온도 구배를 줄여 용접 변형을 줄일 수 있습니다. 바닥판, 바닥판, 측면 프레임 등 고강도 요구 사항이 있는 부품의 경우 양면 용접을 사용하여 강도를 높이고 더 큰 부품과 긴 용접 비드로 인해 발생하는 굽힘 변형을 줄입니다.
b.용접 순서 최적화
용접 변형을 제어하고, 덜 견고한 접합 형태를 사용하고, 양방향 및 3방향 교차 용접 위치를 피하고, 응력이 높은 영역을 피하십시오. 용접 순서를 최적화하고 강성이 약한 부분을 먼저 용접하고 강성이 더 좋은 부분을 마지막으로 용접합니다. 예를 들어 필렛 용접을 먼저 용접한 다음 짧은 용접을 용접하고 가로 용접을 먼저 용접한 다음 세로 용접을 수행합니다. 합리적인 용접 순서는 용접 변형을 효과적으로 제어하여 용접의 전체 크기를 제어할 수 있습니다.
c.용접 매개변수 조정
용접 매개 변수 및 프로세스를 제어하고 용접 속도, 용접 층 수 및 용접 이음매의 각 층 두께를 합리적으로 설정하십시오. 더 두꺼운 용접의 경우 다층 다채널 용접 방법이 사용됩니다. 각 용접 층의 두께는 4mm를 넘지 않습니다. 다층 용접은 구조적 미세 구조를 줄이고 접합 성능을 향상시킬 수 있습니다. 용접 매개변수를 정밀하게 제어하고 용접 전류, 전압, 전극 유형 및 용접 속도와 같은 매개변수를 합리적으로 선택하면 용융 풀의 일관된 모양과 크기를 보장하여 부적절한 매개변수 선택으로 인한 오류를 방지할 수 있습니다.
d.용접실력향상
용접공 작업(엄격한 요구 사항이 있는 대형 부품 또는 노드 가공)의 기술 수준을 향상시키고 용접 공정 중 동작의 일관성과 표준화를 보장하며 인적 요인으로 인한 치수 문제를 줄입니다.
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알루미늄 합금이 액체 냉각판 및 라디에이터의 첫 번째 선택 재료가 된 이유: 알루미늄 합금의 열전도 원리 분석
알루미늄 합금은 산업에서 가장 널리 사용되는 비철 금속 구조 재료이며, 특히 재료의 열 전도도가 매우 중요한 시나리오와 전자 장비 열 발산, 전기 자동차의 3대 전원 시스템의 열 방출, 배터리 에너지 저장 시스템과 같이 효율적인 열 전도가 필요한 상황에서 사용됩니다. 열 발산 및 항공우주 분야에서는 일반적으로 라디에이터, 열 전도판, 전자 부품과 같은 효율적인 열 전달 장비를 제조하는 데 사용됩니다.
열전도도라고도 불리는 열전도율은 재료의 열전도도를 나타내는 매개변수 지수이며 단위 시간, 단위 면적 및 음의 온도 구배를 나타냅니다. 단위는 W/m·K 또는 W/m· ℃입니다.알루미늄합금은 알루미늄과 기타 금속을 혼합한 합금재료로 열전도율이 매우 우수하며, 일반적으로 열전도계수는 140~200W/(m·K)로 지각에서 가장 많이 함유되어 있는 금속입니다. 알루미늄은 열전도율이 상대적으로 낮고 높이가 높으며 밀도가 낮고 가격이 저렴하기 때문에 선호됩니다.
1-알루미늄 합금 소재의 열전도 원리
물질의 인접한 부분 사이에 온도차가 있으면 접촉부를 통해 열이 고온부에서 저온부로 흘러 열전도가 발생합니다. 금속 재료에는 많은 수의 자유 전자가 있으며, 자유 전자는 금속 내에서 빠르게 이동할 수 있으며 열을 빠르게 전달할 수 있습니다. 격자 진동은 금속 열 전달의 또 다른 방법이지만 자유 전자 전달 상태에 부차적입니다.
금속과 비금속의 열전도 방식 비교
2-알루미늄 합금의 열전도율에 영향을 미치는 요인
a.합금은 열전도율에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나입니다. 합금원소는 고용원자, 석출상, 중간상의 형태로 존재하며, 이러한 형태는 공석, 전위, 격자왜곡 등의 결정결함을 가져오며, 이러한 결함은 전자 산란의 가능성을 증가시켜 그 수를 감소시킵니다. 자유 전자의 감소로 인해 합금의 열전도도가 감소합니다. 서로 다른 합금 원소는 Al 매트릭스에 서로 다른 정도의 격자 왜곡을 생성하고 열전도도에 서로 다른 영향을 미칩니다. 이러한 차이는 합금 원소의 원자가, 원자 부피 차이, 핵외 전자 배열 및 응고 반응 유형과 같은 여러 요인의 결과입니다.
b.열처리는 알루미늄 합금 가공에서 매우 중요한 단계입니다. 알루미늄 합금의 미세 구조와 상 변형을 변경하면 열전도율이 크게 영향을 받을 수 있습니다. 고용체 처리는 알루미늄 합금을 특정 온도로 가열하여 매트릭스의 용질 원자를 완전히 용해시킨 다음 빠르게 냉각하여 균일한 고용체를 얻는 것입니다. 이 처리는 재료의 기계적 특성을 향상시키지만 일반적으로 열전도도를 감소시킵니다. 시효 처리는 고용 처리 후 적절한 냉간 변형과 재가열을 통해 이루어지며, 이는 합금의 미세 구조를 최적화하고 전반적인 성능을 향상시킬 수 있습니다. 시효 처리는 합금의 기계적 특성과 열전도율을 고려하여 합금이 높은 강도를 유지하는 동시에 우수한 열전도도를 갖도록 합니다. 어닐링은 합금의 두 번째 상을 침전시키고 재분배시키기 위해 합금을 더 낮은 온도에서 유지함으로써 합금의 미세 구조를 개선합니다. 어닐링 처리는 알루미늄 합금의 가소성과 인성을 향상시킬 수 있지만 열전도율에 미치는 영향은 특정 상황에 따라 다릅니다.
노화 과정에서 Al-Cu 합금의 결정 구조 변화에 대한 모식도
c.기타 요인，불순물 및 2차 상 입자에 영향을 미칩니다. 알루미늄 합금의 불순물 및 2차 상 입자(예: 산화물, 탄화물 등)는 뜨거운 캐리어(전자 및 포논)를 산란시켜 열전도도를 감소시킬 수 있습니다. 불순물 함량이 높을수록 두 번째 상 입자가 더 거칠어지고 일반적으로 열전도도가 낮아집니다. 알루미늄 합금의 입자 크기도 열전도도에 영향을 미칩니다. 일반적으로 결정립 크기가 작을수록 결정립계는 많아지고 열전도율은 낮아집니다. 또한, 알루미늄 합금의 가공 방법(예: 압연, 압출, 단조 등)은 미세 구조 및 잔류 응력 상태에 영향을 미쳐 열전도도에 영향을 미칩니다. 가공 경화 및 잔류 응력은 열전도도를 감소시킵니다.
요약하면, 알루미늄 합금은 알루미늄 합금의 합금 요소 유형 및 형태, 열처리 방법, 불순물, 입자 크기 및 성형 방법과 같은 요소가 모두 알루미늄의 열전도도에 영향을 미치는 높은 열전도율 재료에 이상적인 선택입니다. 합금 재료를 설계할 때 재료 구성 및 공정 계획을 종합적으로 고려해야 합니다.
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침지식 액냉 에너지 저장 Pack박스 구조 설계 요점
에너지 저장 침지 액냉기술은 선진적인 배터리 냉각 방법으로 액체의 고효율적인 열전도 특성을 이용하여 배터리를 빠르고 직접적이며 충분히 냉각시켜 안전하고 고효율적인 환경에서 배터리 작동을 보장한다. 기본 원리는 에너지 저장 배터리를 절연, 무독성 및 방열 능력이 있는 액체에 완전히 침지시키는 것이다. 이러한 기술은 액체를 배터리와 직접 접촉시켜 열교환을 함으로써 배터리가 충방전 과정에서 발생하는 열을 빠르게 흡수하고 이를 외부 순환 시스템으로 방출하여 냉각시키는 기술이다.
단일 침지식 액냉 에너지 저장 시스템 원리 안내도
침지식 액냉 에너지 저장 Pack 박스는 배터리 팩의 운반 및 적절한 환경에서 배터리 셀의 작동을 보장하는 핵심 구성 요소로서 주로 배터리 팩 및 냉각수 운반, 안전 보호, 전도 및 열교환 기능을 담당한다. 따라서 시스템의 효율적이고 안전하며 신뢰할 수 있는 작동을 보장하기 위해 박스 구조 설계에서 기밀성, 냉각 효율, 안전성, 재료 선택 및 가공 공정 등 다방면을 종합적으로 고려해야 한다. 박스 구조 설계는 전체 액냉 시스템의 기초이다.
1-균일한 하중 수용력
침지형 액체 냉각 에너지 저장 팩의 하부 상자는 바닥판과 측면판으로 구성됩니다. 바닥판은 기본 지지대 역할을 하고 측면판은 바닥판 주위에 고정되어 상자의 주요 프레임을 형성합니다. 상자의 크기는 액체 냉각 시스템의 전반적인 요구 사항과 부하 조건을 고려하여 조정해야 합니다. 대형 상자의 설계에서는 내부 파티션 또는 지지 구조를 합리적으로 설정하여 큰 공간을 여러 개의 작은 공간으로 나눌 수 있습니다. 균일한 하중 지지 용량을 개선하기 위해 힘을 가합니다. 내부 구조에서는 지지 리브와 보강 리브를 추가하여 국부 하중 지지 용량을 개선할 수 있으며, 상자 내부에 하중 공유 구조를 설정하여 각 모서리의 하중을 균형 있게 조정할 수도 있습니다.
또한 균일한 하중 수용력에 대한 소성 변형의 영향을 줄이기 위해 높낮이가 다른 가공면을 동일한 평면으로 설계하여 공작기계 조정 횟수를 줄이고 높이 차이로 인한 변형을 피할 수 있다. 또 박스의 폭이나 높이를 증가시켜 하중을 분산시키고 변형을 줄일 수도 있다.
그 외에 액냉 러너와 박스 바닥판의 일체화 설계는 교반 마찰 용접 또는 레이저 용접을 통해 접합을 완성할 수 있는데 이러한 설계는 전체 구조적 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
단일 침지식 액냉 에너지 저장 Pack 하부박스 구조 안내도
2-열교환 설계
열 전도 능력은 침지식 액냉 에너지 저장 기술의 중요한 부분으로 그 설계 목표는 고온 환경에서 배터리가 효과적으로 열을 방출할 수 있도록 하여 성능과 안전성을 유지하는 것이다.
박스의 재료는 열전도 성능이 높아야 한다. 일반적으로 사용되는 재료는 알루미늄 합금, 구리, 알루미늄 기반 복합 재료이다. 박스 설계는 또한 환경 온도 변화의 영향을 고려해야 하며 적절한 두께의 보온층은 박스 내부 온도가 비교적 일정한 범위 내에서 유지되도록 하여 시스템의 전체 효율성을 향상시킬 수 있다.
박스의 구조 설계는 열전도 능력에 직접적인 영향을 미친다. 합리적으로 러너를 배치하고 박스 내부에서의 원활한 액체 흐름을 보장하며 접촉 면적을 최대한 증가하는 것이 박스의 열전도 능력을 향상시키는 주요 방법이다. 박스 내부에 여러 개의 러너를 설치하여 냉각수의 순환 경로를 증가시켜 방열 효과를 높일 수 있다.
방안 1 풀 침지+단일+판 교환 방안2 풀 침지+단일+박스 교환
액냉 시스템에는 냉각 매체, 열전도 구조, 액냉 파이프라인과 지지 구조가 포함된다.
방안 1에서 동일한 또는 다른 유형의 냉각수를 선택하여 액냉판 러너 챔버와 박스의 빈 챔버에 각각 채울 수 있으며, 두 챔버는 모두 밀봉되고 서로 연결되어 있지 않는다. 박스의 빈 챔버에서 배터리 모듈이 냉각수에 완전히 잠겨 충분히 접촉되어 있고 냉각이 흐르지 않으며, 액체의 열전도성이 좋은 특성을 이용하여 배터리 표면의 열을 흡수하고 온도 상승을 낮춘다. 액냉판에서 냉각수는 급수 헤더에서 여러 개의 러너로 나뉘고 병렬로 액냉판으로 들어간 다음 배수 헤더에서 합류하여 흘러나오며, 주로 열을 밖으로 내보내 열을 방출하는 역할을 한다.
방안 2에서 온도가 낮은 냉각수가 아래 또는 측면으로부터 유입되고 온도가 높은 것은 위에서 유출되어 냉각수가 배터리 팩 내에서 순환하여 흐르므로 열을 효과적으로 균일하게 분배하고 전체적인 냉각 효율을 높이며 배터리 셀 또는 배터리 팩 온도의 일관성을 유지할 수 있다.
냉각 효과를 더욱 향상시키기 위해 액체 흐름과 순환 방식을 최적화하고 열 용량이 높은 냉각수를 선택하며 액체의 온도 분포를 개선하는 등 다양한 최적화 조치를 취할 수 있다. 이러한 조치는 열의 축적과 에너지 손실을 줄이고 배터리가 효율적인 냉각 상태에서 작동하도록 보장할 수 있다.
3-밀봉 설계
액냉식 pack박스의 경우, 선진적인 밀봉 재료와 구조 사용을 통해 완전 밀봉 설계를 할 수 있다. 밀봉 설계는 기밀성뿐만 아니라 액체 매체의 밀봉도 고려하여 배터리 셀이 모든 방향에서 누출 현상이 없도록 해야 한다.
설계는 구체적인 적용 요구 사항에 따라 적절한 밀봉 형식과 형태를 선택해야 한다. 또한 씰의 누출 자유도, 내마모성, 매체와 온도 호환성, 낮은 마찰 등 요인도 고려해야 하며, 세부 사양에 따라 적절한 밀봉 유형과 재료를 선택해야 한다.
또한 용접 공정의 선택도 밀봉 성능에 큰 영향을 미친다. 다양한 재료와 두께에 대해 적절한 용접 방법을 선택하면 용접 품질을 효과적으로 향상시켜 시스템의 전체 강도와 밀봉성을 보장할 수 있다.
단일 침지식 액냉 에너지 저장 Pack 하부박스 완제품 안내도
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액냉판 제조 과정에서의 러너 오염 위험 및 청결 제어 기술
각종 전자 전력 제품의 출력 밀도와 발열량이 지속적으로 증가함에 따라 방열은 점점 더 심각한 도전에 직면해 있다. 액냉 방안은 고효율적인 방열 성능, 저에너지 소비, 저소음과 높은 신뢰성 등 장점으로 인해 점차 주류 솔루션이 되고 있다.
액냉방안은 액냉판을 배터리 팩(기타 열원)에 부착하고 내부 순환 냉각제를 사용하여 열원의 작동으로 발생하는 열을 제거하며, 이 부분의 열은 하나 또는 여러 개의 냉각 회로를 통해 열교환을 함으로써 최종적으로 에너지 저장 시스템의 열을 외부 환경으로 방출한다.
액냉방안의 핵심 구성 요소인 액냉판은 고효율적인 방열 구성 요소로서 주요 기능은 냉각액 순환을 통해 배터리(기타 열원)의 작동에서 발생하는 열을 제거하여 장비가 안전한 작동 온도 범위 내에서 작동하도록 유지하는 것이다. 액냉판의 러너가 깨끗하지 않으면 냉각수의 흐름 균일성에 영향을 미치며, 입자가 큰 이물질이 있을 경우 냉각수가 막히거나 흐름이 원활하지 않아 열이 효과적으로 전달되지 못하여 전자기기의 방열 효율과 전반적인 성능에 영향을 미친다.
또한 러너에 불순물이 남아 있으면 금속 벽면의 산화 보호막이 파괴되어 액냉판에 부식 또는 침식을 일으킬 수 있다. 그 외에 러너 내부의 불순물은 구성 요소의 접촉 불량을 유발하여 씰이 노후되거나 손상되어 누출 위험이 증가하고 시스템의 장기적이고 안정적인 작동에 영향을 미칠 수 있다.
1-액냉판 러너 청결도 요구 사항
현재의 에너지 저장 액냉박스 방안은 일반적으로 수로에 이물질, 알루미늄 부스러기, 기름 오염 및 액체가 없어야 한다. 소수의 방안에서 불순물에 대한 구체적인 질량, 경질의 입자 및 연질의 입자 크기에 대한 명확한 요구가 있을 수 있다.
2-액냉판 제조 과정에서 러너 오염 위험이 큰 공정 절차
액냉판류 부재의 가공 제조 과정에서 내부 러너와 냉각 인터페이스 구조의 가공 제조 과정은 재단, 러너 깎기가 포함되는데 이때 기름때, 절삭 냉각수, 기계가공 절삭 부스러기 등의 이물질이 러너에 쉽게 들어갈 수 있다. 또한 절삭 가공 부위가 러너 입구에 있어 보호가 어렵고 절삭 부스러기가 들어간 후에 제거하기가 매우 어렵다.
액냉판 러너판 가공이 완료된 후 용접을 통해 스트립, 워터노즐 등 구성 요소를 폐쇄된 러너로 가공하며 러너 구조는 일반적으로 비선형 구조이고 세척 사각 지대가 있다.
액냉판 용접 후 기계 가공 과정에서 다량의 절삭 냉각액을 이용하여 커터, 공작물을 냉각해야 하는 동시에 다량의 금속 부스러기가 생성된다. 이 공정 절차에서 냉각수, 부스러기 등 오염 물질이 쉽게 유입되며 부스러기가 들어간 후 완전히 제거하기 어려워 러너 오염의 고위험 공정 절차이기도 한다.
3-액냉판 러너 세척과 보호
액냉판 구성 요소의 신뢰성과 성능을 보장하기 위해 일반적으로 엄격한 세척 작업이 수행된다. 세척 시 고압 물총을 사용하여 액냉판 내부의 러너를 세척함으로써 존재 가능한 잔류물, 입자 또는 기타 불순물을 제거한다. 세척 후 액냉판 구성 요소는 러너에 수분 잔류가 없도록 건조시켜야 한다.
액냉판 등 액냉 부품은 제조 과정에서 보호를 잘 하지 않을 경우 쉽게 오염된다. 예를 들어 액냉판 기계 가공 중 금속 절단 부스러기, 기름때, 절삭 냉각수 등 오염이 생길 수 있다. 또한 액냉판 제품의 회전 과정에서도 이물질이 쉽게 들어갈 수 있다. 일반적으로 방진 스티커, 워터노즐 고무 커버 등과 같은 러너 입구 보호를 미리 고려한다.
따라서 액냉판 내부의 러너 세척은 러너 오염을 제거하고 러너 청결도를 향상시키는 데 필요한 조치이다. 생산 실천 과정에서 전체 프로세스의 예방 및 통제를 수행해야 한다. 이를 기반으로 구체적인 구성 요소 및 공정 과정에서 오염 제어 조치를 취해야만 액냉판 러너 내부의 오염을 효과적으로 제어할 수 있다.
당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다.
Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다.
배터리 에너지 저장용 하부박스 맞대기용접 공정 설계
배터리 에너지 저장용 배터리 박스는 에너지 저장 시스템에서 중요한 역할을 한다. 그의 중요한 기능에는 하중 보호, 열 전달 및 온도 균일화, 전기 설치와 방수 밀봉이 포함된다. 배터리의 에너지 밀도에 대한 요구가 점점 높아지고 있는데 알루미늄 합금 재료는 더 높은 열전도 성능과 비교적 낮은 밀도로 인해 알루미늄 합금 재료의 사용은 배터리 시스템의 효율성을 향상시키는 효과적인 솔루션이 되었다.
러너와 박스 측벽의 일체화 성형 설계를 채택하여 주요 하중 지지 부위의 용접 작업을 줄임으로써 전체 구조적 강도를 향상시킬 수 있고, 정적 하중, 리프팅 및 무작위 진동과 같은 다양한 조건에서 구조적 안전과 안정성을 유지할 수 있으며 박스의 기밀성을 어느 정도 개선할 수 있다.
또한 일체화 설계는 부품 수를 감소하고 박스 무게를 줄이는 데 도움이 되며, 압출 성형 공정으로 제조되어 다이 싱킹 비용이 낮고 가공이 편리하고 또 수정하기가 쉬워 다양한 로트의 유연성에 대한 요구를 충족할 수 있다.
1-알루미늄 압출 맞대기용접 에너지 저장용 하부박스의 주요 유형
에너지 저장용 액냉식 하부박스의 너비는 일반적으로790-810mm , 높이는40-240mm 로 평판형과 플랜지형으로 구분되며(아래 그림 참조), 액냉식 하부박스의 길이는 에너지 저장 제품의 용량 등 요인과 관련이 있고, 일반적인 방안에는48s, 52s, 104s 등 다양한 규격이 있다.
평판형 액냉식 하부박스
플랜지형 액냉식 하부박스
2-알루미늄 압출 맞대기용접 에너지 저장용 하부박스의 구조 형식
액냉식 하부박스는 전체 배터리 팩의 기본 구조로서 러너가 있는 바닥판, 스트립, 워터노즐, 테두리, 빔, 브래킷, 리프팅 고리 등 부품이 맞대기용접으로 구성된 직사각형 프레임 구조로 모든 부품은 알루미늄 합금 재질이다.
액냉식 하부박스 부품 조립 안내도
액냉식 하부박스는 충분한 하중 지지력과 구조적 강도가 있어야 하는데, 이는 실제 응용 분야에서의 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해 용접 공정, 용접부 레벨 제어 및 용접 기술 등 용접 품질에 대한 더 높은 요구를 제출하고 있다.
액냉 기술은 하부박스의 기밀성과 액냉 러너의 기밀성을 포함한 액냉식 하부박스의 기밀성에 대해 높은 요구를 제출하고 있다. 또한 액냉 러너는 냉각수 흐름 압력을 견뎌야 하므로 액냉 러너에 대한 기밀성 요구가 더 높다.
3-용접 품질에 대한 요구
일반적으로 액냉식 바닥판은 교반 마찰 용접을 해야 하며, 평판형 액냉식 하부박스의 플러그에 대해서도 교반 마찰 용접을 채택해야 한다. 보통 교반 마찰 용접부의 함몰은 0.5 이하이며, 탈락되거나 진동 조건하에서 금속 이물질이 떨어지는 현상이 있어서는 안된다.
액냉 러너, 테두리, 워터노즐, 리프팅 고리, 빔, 부품 등은 대부분 TIG 용접 또는 CMT 용접을 채택한다. 각기 다른 구성 요소의 성능 요구 차이를 고려하여 액냉 러너, 테두리, 워터노즐, 리프팅 고리 등은 모두 풀용접을 채택하고 빔, 부품 등은 세그먼트 용접을 한다. 전면 및 후면 배터리 모듈 빔 영역의 평면도 단일 모듈은 <1.5mm, 전체 평면도는 <2mm, 테두리 평면도, 단일 테두리 길이가 500씩 증가할 때마다 ±0.5를 한다.
용접부 표면에는 균열, 요구대로 용접되지 않은 부분, 용융되지 않은 부분, 표면 기공, 노출된 슬래그, 풀용접되지 않은 부분 등의 결함이 없어야 한다. 일반적으로 워터노즐 용접부의 높이는 ≤6mm이어야 하고 다른 위치의 용접부는 박스의 아래쪽 표면을 초과하지 않아야 하며 전면 및 후면 모듈 빔의 내부 용접부는 내부 측면보다 돌출되어서는 안된다.
용접부의 용융 깊이는 관련 표준 요구 사항을 충족해야 한다. 아크 용접 이음매는 인장강도가 모재 인장강도의 최저치의 60% 이상이어야 하며, 레이저 용접과 교반 마찰 용접 이음매는 인장강도가 모재 인장강도의 최저치의 70% 이상이어야 한다.
또한 하부박스의 용접은 반드시 기밀성 IP67의 표준도 충족해야 하므로 용접 후 처리의 경우 일반적으로 전면 및 후면 모듈 빔 영역의 용접 슬래그, 용접부를 평평하게 연마해야 한다. 팔레트의 외부 용접에 대해 연마를 해서는 안되며, 밀봉된 표면의 용접부에 대해서는 테두리와 큰 높이 차이가 없도록 평평하게 연마해야 한다.
표: 에너지 저장 형재 맞대기용접 액냉식 하부박스의 공정 모델 선택 및 대표적인 적용
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사각핀 라디에이터 설계
라디에이터의 기능은 일정한 부피의 공간에서 더 높은 열전달 면적을 얻고 구조적 형태를 개선하여 표면에서 주변 유체까지의 열전달 효율을 높이고 표면 처리 등 방법을 구현하여 효과적인 열전달 면적을 증가시킴으로써 방열 강화, 온도 제어 목표를 달성하는 것이다.
부피 출력 밀도, 열 흐름 밀도 요구 사항이 낮은 응용 시나리오에서 사각핀 열 침전은 간단한 구조, 합리적인 제조 비용과 양호한 방열 성능 등 특징이 있어 엔지니어들의 각광을 받고 있다.
Comparision of different heat transfer methods
1-라디에이터 핀 설계
라디에이터는 주로 방열 확장 표면으로 주로 핀의 높이, 형태, 간격 및 기판 두께 등 매개변수를 중심으로 전개된다.
Plate fin heat sink dimensions
위의 그림에 따라 라디에이터의 확장 면적을 계산할 수 있다.
단일 핀의 면적:Af = 2L（h+t/2），
간극부위 면적:Ab=Lh,
방열 부분의 총 면적: At=nAf+(n±1) Ab(n은 핀의 수이다)
Fin sectional view
방열판의 주요 작용은 표면적을 증가시켜 열 전달 효율을 높이는 것이다. 라디에이터 핀의 간격, 두께와 높이는 라디에이터 핀의 수, 분포 및 전개 면적을 결정하는 중요한 요소이다. 위의 그림과 같이 h↑ 또는 t↓일 때 핀은 더 높고 얇고 더 조밀하여 더 큰 방열 확장 면적을 얻을 수 있다.
방열핀의 표면적이 커지면 공기와의 접촉 면적도 그에 따라 증가하여 열이 더 쉽게 방출된다. 엔지니어는 또 물결무늬 모양, 톱니 모양 등과 같이 핀의 모양을 최적화하는 방식을 통해 라디에이터의 확장 면적을 더욱 늘릴 수 있다.
방열핀의 표면적이 클수록 방열효과가 좋지만, 방열핀이 클수록 좋다고 볼 수는 없다. 자연 방열을 사용하든 강제 냉각을 사용하든 라디에이터 핀 사이의 간격은 표면을 흐르는 공기의 열교환 계수를 결정하는 중요한 요소이다.
The impact of Fin spacing and height on heat dissipation efficiency
자연 방열의 경우, 라디에이터 벽면은 표면의 온도변화로 인해 자연 대류를 일으켜 핀 벽면의 공기층(경계층)을 흐르게 되며, 핀 간격이 너무 작으면 자연 대류의 원활한 흐름을 방해한다. 강제 냉각의 경우, 핀 경계층의 두께가 압축되어 핀 사이의 간격이 상대적으로 좁아질 수는 있지만 가공 수단과 동력 요소의 구동력의 영향을 받아 너무 작아지지는 않으므로 실제 설계에서 핀의 두께와 높이의 균형은 매우 중요하다.
2-라디에이터 기판 설계
기판의 두께는 라디에이터의 효율에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 라디에이터 기판이 얇으면 열원에서 멀리 떨어진 핀에 전달되는 열 저항이 더 커서 라디에이터의 온도 분포가 고르지 않고 열 충격에 대한 저항력이 약해진다.
기판 두께를 증가시키면 온도 불균형의 문제를 개선할 수 있고 라디에이터의 열 충격 저항력을 향상시킬 수 있다. 하지만 너무 두꺼운 기판은 열이 축적되어 오히려 열전도 능력을 감소시킨다.
Heatsink working principle diagrammatic sketch
위 그림과 같이:
열원의 면적이 바닥판의 면적보다 작을 경우, 열은 중심에서 가장자리로 확산되어 확산 열 저항을 형성한다. 열원의 위치는 또한 확산 열 저항에도 영향을 미친다. 열원이 라디에이터 가장자리에 가까우면 가장자리를 통해 열이 더 쉽게 전달되어 확산 열 저항이 감소한다.
주: 확산 열 저항은 라디에이터 설계에서 열이 열원의 중심에서 가장자리로 확산되는 과정에서 발생하는 저항을 말한다. 이러한 현상은 일반적으로 열원의 면적이 바닥판의 면적과 크게 다를 때 발생하며, 열은 작은 영역에서 큰 영역으로 확산된다.
3-핀과 기판의 접합 공정
라디에이터 핀과 기판의 접합 공정은 일반적으로 양자 사이의 양호한 열 전도와 기계적 안정성을 보장하기 위해 여러 가지 방법이 있는데 주로 크게 일체 성형과 비일체 성형의 두 가지 범주로 나눈다.
일체 성형의 라디에이터는 라디에이터 핀과 라디에이터 기판이 일체화되어 있어 접촉 열 저항이 없다. 주로 다음과 같은 몇 가지 공정이 있다.
l 알루미늄 다이캐스팅 성형: 알루미늄 잉곳을 녹여 액상으로 만든 후 고압으로 금속 몰드에 충진하고 다이캐스팅기를 통해 직접 다이캐스팅 성형하여 라디에이터를 만들며 복잡한 모양의 라디에이터 핀을 제작할 수 있다.
l 알루미늄 압출 성형: 알루미늄 재료를 가열한 후 알루미늄 재료를 압출 실린더에 넣고 특정 압력을 가하여 특정 다이 구멍에서 흘러나오도록 하여 필요한 단면 모양과 크기의 블랭크를 얻은 다음 절단, 정밀 가공 등 추가 가공을 거친다.
l 냉간 단조 처리의 장점은 세밀한 라디에이터 핀으로 제작할 수 있어 재료의 열전도율이 높지만 비용이 상대적으로 높으며 이형 처리 능력이 알루미늄 압출보다 우수하다.
l 릴리빙 라디에이터 재질은 구리일 수 있다. 열전도율이 높고 핀이 매우 세밀하며, 핀을 기판에서 직접 커터로 삽질할 수 있어 핀의 높이가 높고 길이가 길면 응력의 영향을 받아 핀이 변형되기 쉽다.
비일체 성형, 라디에이터 핀과 라디에이터 기판을 별도로 가공한 다음 라디에이터 핀을 용접, 리벳팅, 접착 등 공정을 통해 접합시킨다. 주로 다음과 같은 몇 가지 공정이 있다.
l 용접식: 핀과 기판을 금속 접합제를 이용하여 용접으로 연결시키며 고온 납땜과 저온 솔더페이스트 용접이 있다.
용접 열전달 성능이 우수하다. 솔더페이스트로 Al 기판과 핀을 용접하려면 먼저 니켈 도금이 필요한데 이는 비용이 많이 들어 대형 라디에이터에는 적합하지 않는다. 납땜은 니켈 도금이 필요하지 않지만 용접 비용이 여전히 높다.
l 리벳팅식: 핀을 기판의 홈에 삽입한 후 몰드를 통해 홈을 중앙으로 압출하여 핀을 단단히 감싸서 굳게 결합된다.
리벳팅식의 장점은 열전달 성능이 우수하다. 하지만 리벳팅된 제품은 반복 사용 후 틈새 및 헐거움의 위험이 있다. 리벳팅 공정을 개선하여 신뢰성을 높일 수 있지만 그에 따라 비용이 증가하므로 리벳팅식의 탭 라디에이터는 신뢰성 요구가 높지 않은 경우에 많이 사용된다.
l 접착식: 일반적으로 열전도성 에폭시 수지를 사용하여 핀과 기판을 단단히 접착하여 열 전도를 실현한다.
접착식은 열전도성 에폭시 수지를 사용하여 용접에 비해 열전도율이 훨씬 낮지만 FIN이 높은 고배율, 작은 간격의 라디에이터에 적합하다. 방열 성능에 대한 요구가 높지 않은 시나리오에서 사용할 수 있다.
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Lori Customer Cases
Lori is a heat sink manufacturer of design and manufacturing high power heat sink, we have provided innovative thermal solutions for many high power industry device such as Aerospace industry,Medical, Communication server, Consumer Electronics etc. Our solutions include high power heat pipe thermal mould, liquid cooling system, staked fin heat sink solution etc.
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유체 시뮬레이션
모의 소프트웨어를 사용하여 방열판과 냉각판의 열 방출 성능 분석
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응용 시나리오
근무 조건:높은 열유속 시나리오
설치 레이아웃:단면 설치
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 좋은 방열 효과
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응용 시나리오
근무 조건: 0.5-1C
설치 레이아웃:하단 액체 냉각
일반적인 애플리케이션: 36s,48s,52s,104s
특징: 좋은 냉각 효과
냉각 부하
냉매는 증발기를 통과하면서 배터리 냉각판에서 흡수한 열을 방출하고, 워터펌프의 작동으로 생성된 전기는 냉각판으로 보내져 장비에서 발생하는 열을 흡수하게 됩니다.
액체 냉각 기술 특징
액체 냉각 기술은 액체를 열 교환 매체로 사용합니다. 공기에 비해 액체는 열 운반 능력이 더 크고 흐름 저항이 낮아서 더 빠른 열 방출과 더 높은 열 방출 효율을 제공할 수 있습니다.또한, 액체 냉각 시스템은 공기 덕트 설계가 필요하지 않아 팬과 같은 기계 부품의 사용이 줄어들고, 고장률이 낮으며, 소음이 적고, 환경 친화성이 뛰어나며, 대규모 에너지에 더 적합합니다. 향후 MW급 이상의 저장발전소에서는 배터리 에너지 밀도가 높고 충방전 속도가 빠른 상황에서 널리 사용된다.
배터리 에너지 저장 시스템(BESS)
배터리 에너지 저장 시스템은 배터리를 에너지 저장 매체로 사용하는 에너지 저장 시스템입니다.기존 화석 연료와 달리 배터리 에너지 저장 시스템은 태양광, 풍력 등 재생 가능 에너지원을 저장했다가 필요할 때 방출하여 에너지 공급과 수요의 균형을 맞출 수 있습니다.
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DFM 최적화 제안
생산 과정에서 발생할 수 있는 잠재적인 오류와 결함을 줄여 제품이 설계 요구 사항을 충족하는 품질 기준을 보장합니다.
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응용 시나리오
근무 조건:높은 열유속 시나리오
설치 레이아웃:단면 설치
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 좋은 방열 효과
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응용 시나리오
근무 조건: 0.5-1C
설치 레이아웃:하단 액체 냉각
일반적인 애플리케이션: 36s,48s,52s,104s
특징: 좋은 냉각 효과
냉매 냉동
장치가 작동하는 동안 증발기(판형 열교환기)는 냉매의 증발을 통해 냉매 순환 시스템에서 열을 흡수하고, 냉매의 응축으로 인해 주변 공기 환경으로 열이 방출됩니다.응축된 냉매는 팽창밸브를 거쳐 증발기로 돌아가며 사이클 테스트 과정을 반복합니다.
액체 냉각 시스템이 점점 인기를 얻고 있는 이유는 무엇입니까?
•배터리 팩 온도가 더 낮습니다. 입구 온도와 극한 풍속 및 유량이 동일할 때 액체 냉각을 사용하면 온도를 더 낮출 수 있으며 배터리 팩의 최대 온도는 공기 온도보다 섭씨 3~5도 낮습니다. 냉각;
•낮은 작동 에너지 소비: 동일한 평균 배터리 온도를 달성하기 위해 공랭에 필요한 작동 에너지 소비는 액체 냉각의 약 3~4배입니다.
•배터리 열 폭주 위험이 낮음: 액체 냉각 솔루션은 냉각 매체의 대량 흐름에 의존하여 배터리 팩이 열을 소산하고 배터리 모듈 간에 열 재분배를 실현하여 지속적인 열 폭주 악화를 신속하게 억제하고 위험을 줄일 수 있습니다. 가출의;
•투자 비용 절감: 액체 냉각 시스템은 배터리가 쾌적한 온도에서 작동하도록 보장하기가 더 쉽기 때문에 전체 수명 주기 측면에서 액체 냉각 시스템에 비해 배터리 수명을 20% 이상 연장할 수 있습니다. 냉각 투자가 적습니다.
기술 및 비즈니스 동향
소스 그리드 측 에너지 저장 발전소 및 오프 그리드 에너지 저장 시나리오에서 대용량, 고전력 및 고에너지 밀도 에너지 저장 시스템에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 액체 냉각식 배터리 에너지 저장 시스템이 업계의 주류 솔루션이 되었습니다.또한, ROI 및 상환 기간에 대한 고객의 우려로 인해 높은 충방전율 배터리 에너지 저장 시스템(BESS) 개발 추세가 더욱 가속화되었습니다.
더 큰 용량, 더 높은 전력 밀도, 높은 충전 및 방전 속도는 시스템 열 폭주 위험을 증가시킵니다. 따라서 에너지 저장 열 관리에 대한 수요도 증가하고 있으므로 에너지 저장 열 관리의 열 교환 효율도 더욱 높아져야 합니다. 개선되었습니다.
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응용 시나리오
근무 조건: 0.5-1C
설치 레이아웃:하단 액체 냉각
일반적인 애플리케이션: 36s,48s,52s,104s
특징: 좋은 냉각 효과
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제품 테스트
우리는 고객의 요구를 충족시키기 위해 맞춤형 테스트 프로그램을 제공합니다.
배터리 플랫폼화와 배터리박스 개발
자동차 산업에서 비용 절감, 효율성 개선, 품질 보증을 보장하면서, 넓은 스팬, 빠른 반복, 풍부한 제품 라인과 같은 시장 수요에 대처하기 위해 제품 표준화-차량 플랫폼화는 의심할 여지 없이 좋은 전략입니다. 배터리 플랫폼화를 통해 동일한 배터리 팩 솔루션을 다른 모델에 맞게 매치하거나 동일한 유형의 배터리 셀과 유사한 구조로 구성된 배터리 팩 솔루션을 매치할 수 있습니다. 즉, 가능한 한 많은 부품을 표준화할 수 있어 개발 주기를 단축하고 비용을 절감하며 생산 라인을 간소화하고 생산 효율성을 개선할 수 있습니다.
첫 번째: 배터리 플랫폼화
배터리 플랫폼 솔루션은 제품의 전반적인 계획, 비용 절감 및 생산 용량 최적화에 도움이 됩니다. 차량 플랫폼의 배터리 플랫폼 전략에 따라 플랫폼의 각 모델 요구 사항의 교차점과 대역폭을 고려하고 가능한 한 적은 배터리와 배터리 솔루션을 사용하여 가능한 한 많은 모델과 호환되도록 해야 합니다. 순수 전기 프로젝트의 아키텍처 개발에서 통합 전원 배터리 팩을 합리적으로 배치하는 것이 중요합니다. 특정 작업 요소에는 전원 및 전원 성능 요구 사항, 충돌 안전, 레이아웃 위치 및 공간 등이 포함됩니다.
1-공간적 크기 경계 및 배터리 셀 표준화
l 사용 가능한 배터리 팩 위치
현재 주류 파워 배터리 레이아웃은 바닥 아래에 있으며, 앞 좌석 아래, 뒷 좌석 아래, 중간 채널, 발판 등이 있습니다. 이 레이아웃은 사용 가능한 면적을 극대화하고, 차량의 중심을 낮추고, 차량의 핸들링 안정성을 개선하고, 충돌력 전달 경로를 최적화할 수 있습니다.
그림 1: 전기 자동차 개발 중 배터리 팩 레이아웃
l 배터리 팩 공간 레이아웃의 진화
분할 배터리 팩: JAC 통웨이 시리즈와 같은 분할 배터리 팩 공간 레이아웃을 채택했습니다. 에너지 모듈은 두 개의 배터리 팩으로 구성되어 있으며, 하나는 원래 연료 탱크 위치에 배치되고 다른 하나는 예비 타이어가 보관되는 트렁크에 배치됩니다.
또한 엔지니어들은 연료 자동차의 원래 구조 내에서 사용 가능한 공간을 끊임없이 탐색하고 있으며, 그 결과 "工" (공), "T", "土" (투) 모양의 배터리 팩 레이아웃이 등장하게 되었습니다.
이러한 유형의 설계는 전통적인 연료 차량의 사소한 수정입니다. 공간이 매우 제한적이며, 적재할 수 있는 배터리 팩의 부피와 무게가 매우 제한되어 용량을 늘리기 어렵고 순항 범위가 높지 않습니다.
통합 배터리 팩: 이것은 새로운 제품 디자인 개념입니다. 전체 차량의 디자인은 핵심 구성 요소인 배터리 팩을 중심으로 이루어집니다. 배터리 팩은 모듈식으로 설계되었으며 차량 섀시에 평평하게 놓여 사용 가능한 공간을 극대화합니다.
l 배터리팩 설치 지점 레이아웃
배터리 팩의 합리적인 배치는 매우 중요하며, 설계의 제한 요인으로는 지상고, 통행성, 충돌 안전, 전력 요구 사항 및 기타 여러 측면이 있습니다.
그림 2: 배터리 팩 크기 설계 제약
차량 플랫폼은 플랫폼 내에서 각 차량 모델의 범주, 레벨 및 위치를 정의한 다음 차량의 크기와 휠베이스를 결정해야 합니다. 차량 레이아웃은 차량 공간에 따라 X, Y 및 Z 방향으로 배터리 팩의 크기 봉투를 분해합니다. 배터리는 차량의 주어진 봉투 내에 배치되어 차량의 다양한 시스템 간에 간섭이 없도록 해야 합니다. 자중 지수는 배터리 팩의 시스템 품질 요구 사항을 분해할 수 있습니다.
배터리 크기 측면에서, 파워 배터리 팩의 설계는 차량 공간 및 자중과 같은 엄격한 기준 지표를 피할 수 없으며, 이는 배터리 셀 설계에 대한 한계가 있음을 의미합니다. 이 한계에 의해 제약을 받으면 배터리 셀 크기는 특정 범위에 집중될 것입니다. 예를 들어, 정사각형 배터리 셀의 길이는 150-220mm, 너비는 20-80mm, 높이는 약 100mm입니다. 배터리 셀 크기 사양의 변화 추세는 차량 플랫폼화와 배터리 표준화 간의 보완 관계의 결과입니다.
그러나 다양한 자동차 제조업체의 배터리 플랫폼 전략, 차량 모델 및 표준화에 대한 이해가 다르기 때문에 현재 제품 솔루션에 상당한 차이가 있습니다. 예를 들어 BYD의 표준화 전략은 크기가 960*13.5(14)*90(102)mm로 고정되어 있고 단일 셀 전압이 3.2/3.3V인 블레이드 배터리를 완전히 대체하는 것입니다.
2- 내구성 경계 및 배터리 용량 솔루션 개발
전원 배터리는 차량이 주행할 수 있는 에너지를 제공합니다. 배터리 용량, 방전 깊이, 에너지 밀도는 사용 가능한 전력량에 영향을 미칩니다. 다양한 모델의 요구를 충족하기 위해 모델 간의 전력 소비 차이가 중요한 관심사가 되었습니다. 차량의 순항 범위는 전기 구동, 배터리, 자중, 풍저항, 기계적 저항, 저전압 전력 소비, 에너지 회수와 같은 요인의 영향을 받습니다. 전력 소비 차이가 큰 모델 간에 배터리 솔루션을 공유할 가능성은 약하므로 배터리 크기, 품질, 전력, 전력 성능 최적화를 포함한 개인화된 배터리 전력 솔루션을 개발하여 순항 성능 요구 사항을 충족해야 합니다.
차량 제조 플랫폼의 순수 전기 범위의 제약 하에서 배터리에 필요한 순 방전은 다양한 모델의 전력 소비에 영향을 받습니다. 플랫폼에서 각 모델의 전력 소비 분포를 확인하여 전력 소비 대역폭을 배터리 수요 분포로 추가로 변환한 다음 플랫폼에 필요한 배터리 전력 계획을 결정해야 합니다.
3-전력 성능 경계
배터리에 해당하는 변수는 다양한 SOC와 온도에서 배터리의 전력-전압 특성입니다. 배터리의 전력은 차량의 전력 시스템의 전력 요구 사항에 해당하고 전압은 구동 모터의 정격 전압 요구 사항에 해당합니다.
일반적으로 전체 차량 플랫폼에 대한 배터리 솔루션의 평가는 상온 및 고출력에서 100km 가속 시간과 그에 따른 배터리 표시기 분해부터 시작하여 점차적으로 전체 범위와 모든 작동 조건에 대한 배터리 표시기 분해로 확장됩니다.
두 번째: 배터리 박스 개발
1- 배터리 통합 및 모듈화
배터리 모듈의 설계를 최적화하고, 배터리 팩의 통합과 모듈성을 개선하고, 비활성 부품을 줄이고, 배터리 팩의 에너지 밀도를 높입니다.
현재 인기 있는 배터리 팩 통합 기술에는 CTP, CTB, CTC 및 기타 형태가 포함됩니다. 통합 기술의 발전에 따라 부품의 모양, 재료 및 조합이 변경되었습니다. 전반적인 방향은 통합 및 통합입니다. 독립 부품의 수를 줄이고 하나의 큰 부품을 사용하여 여러 부품을 대체함으로써 더 크고 기능적인 구성 요소가 형성됩니다.
2-배터리 박스 디자인
배터리 케이스는 전원 배터리 시스템 조립체의 캐리어로, 제품의 안전한 작동과 보호에 중요한 역할을 하며, 전체 차량의 안전에 직접적인 영향을 미칩니다. 배터리 케이스의 구조 설계에는 주로 배터리 케이스의 상부 쉘, 하부 쉘 및 기타 구성 요소에 대한 쉘 재료 선택과 제조 공정 솔루션 선택이 포함됩니다. 배터리 케이스의 상부 커버는 주로 밀봉 역할을 하며 많은 힘을 받지 않습니다. 배터리 케이스의 하부 케이스는 전체 전원 배터리 시스템 제품의 캐리어이며, 배터리 모듈은 주로 하부 케이스에 배치됩니다. 따라서 배터리 케이스 내부에 내장된 홈 및 배플과 같은 구조적 조치가 있어야 차량 주행 시 배터리 모듈이 안정적으로 고정되고, 앞뒤, 좌우, 상하 방향으로 움직임이 없어 측벽과 상부 커버에 충격을 주지 않고 배터리 케이스의 수명에 영향을 미치지 않습니다.
그림 3: 배터리 하부 박스 솔루션, a-스킨 프레임, b-FSW 용접 + 프레임, c-FSW 용접 + 프레임
l 배터리팩 설치 지점 구조 설계 및 연결 고정
배터리 팩 설치 지점은 일반적으로 전면과 후면을 통과하는 장착 빔 구조를 채택하고, 프런트 엔드는 전면 캐빈 세로 빔에 연결되어 효과적이고 일관된 폐쇄 빔 구조를 형성합니다. 설치 지점은 배터리 팩의 중량 분포에 따라 합리적으로 배치됩니다. 배터리 팩과 차량은 볼트 고정, 기계적 고정 + 접착 조인트 하이브리드 연결, 스냅온 연결 등 다양한 방식으로 고정됩니다.
그림 4: 배터리 팩 레이아웃 및 설치 섹션
파워 배터리 팩은 일반적으로 여러 개의 리프팅 러그 구조를 통해 차량에 설치됩니다. 파워 배터리 팩 자체의 큰 무게 외에도 리프팅 러그는 돌길과 깊은 움푹 들어간 곳과 같이 차량의 움직임으로 인한 도로 자극을 견뎌야 합니다. 이러한 내구성 있는 작업 조건과 오용 조건은 리프팅 러그 구조의 강도에 대한 요구 사항을 더 높여줍니다.
그림 5: 다양한 리프팅 러그 연결 솔루션: a 용접 리프팅 러그 b 알루미늄 압출 프레임 리프팅 러그
l 배터리 박스 안전 및 보호 구조
기계적 강도 및 보호: 배터리 상자는 내부의 배터리를 기계적 충격과 충격으로부터 보호하기에 충분한 기계적 강도를 가져야 합니다. 배터리 상자는 다양한 조건에서 배터리의 안전을 보장하기 위해 진동, 압출 및 기계적 충격을 견딜 수 있어야 합니다.
충돌 보호: 배터리 케이스의 설계는 특히 측면 충돌 및 바닥 충돌의 경우 충돌 안전을 고려해야 합니다. 일반적으로 알루미늄 또는 강철로 만들어지고 외부 프레임을 통해 하부 트레이에 연결되어 구조적 강성을 제공하고 충돌 에너지 흡수 기능을 향상시킵니다. 또한 배터리 케이스의 변형과 배터리 셀의 손상을 방지하기 위해 적절한 충돌 흡수 구조를 설계해야 합니다.
방수, 방진 및 내식성: 배터리 상자는 방수 및 방진이 필요하며 일반적으로 IP67 레벨 밀봉 개스킷을 사용하여 기밀성을 보장합니다. 또한 부식 방지 조치도 고려해야 하며, 예를 들어 외부에 PVC 코팅을 뿌려 내식성을 강화합니다.
폭발 방지 및 압력 방출 설계: 배터리가 폭발하면 에너지는 균형 잡힌 폭발 방지 밸브와 같은 장치를 통해 집중적이고 방향성 있는 방식으로 방출되어 고객 객실로 유입되는 것을 방지해야 합니다. 또한 장비의 전체 파열을 방지하기 위해 폭발 방지 조치(부분적 구조 파괴 등)를 취해야 합니다.
l 밀봉 설계
배터리 박스의 상부 커버와 하부 케이스 사이의 밀봉 표면 설계는 밀봉 성능에서 중요한 역할을 하며, 그 설계는 배터리 박스 구조 및 밀봉 링과 함께 설계되어야 합니다. 밀봉 표면은 가능한 한 동일 평면에 유지되어야 하며, 너무 많은 곡선 구조를 피해야 합니다. 상부 커버와 하부 케이스는 볼트로 연결되므로 많은 수의 볼트를 사용하므로 구멍의 동축성을 보장하는 것이 특히 중요합니다. 볼트 구멍 위치를 합리적으로 배열하는 동안 위치 치수는 가능한 한 둥글어야 하며 X 및 Y 방향으로 대칭적으로 배열되어야 합니다. 연결 볼트 수의 선택은 밀봉 수준과 분해 및 조립 작업 부하량을 기준으로 종합적으로 고려해야 합니다.
그림 6: 상단 및 하단 상자 밀봉 설계, 1-배터리 상단 커버 2-밀봉 개스킷 3-배터리 하단 커버 4-금속 도관
l 전기 안전 및 단락 보호
연결 신뢰성: 배터리 상자 내부의 커넥터는 배터리 상자의 과전류 용량과 전기/기계 연결의 신뢰성을 보장하기 위해 올바른 극성 연결을 가져야 하며 완화 조치 등이 포함되어야 합니다.
전기 절연 및 전압 저항 설계: 모듈 설계는 이중 절연 보호를 채택합니다. 배터리 셀 자체에는 배터리 셀 블루 필름 층과 배터리 셀 상단 패치가 있어 절연 및 전압 저항 요구 사항을 충족합니다. 절연 및 전압 저항 보호는 엔드/사이드 플레이트와 배터리 셀 사이, 배터리 셀과 하단 장착 표면 사이에 설정됩니다.
l 열 관리 설계
배터리 열 관리 개발은 배터리 온도 제어, 냉각판, 배관 시스템 등의 설계를 포함하여 배터리 팩 시스템 설계 및 개발의 전체 주기를 통해 진행됩니다. 배터리 열 관리 시스템 설계의 주요 목표는 공간 레이아웃, 설계 비용, 경량화 등을 고려하면서 가열 또는 냉각 제어를 통해 배터리 시스템이 비교적 적합한 작동 온도에서 작동하도록 하는 동시에 셀 간의 온도 차이를 줄여 일관성을 보장하는 것입니다.
당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다
Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다
배터리팩 제조기술의 혁신과 발전에 대한 간략한 논의丨이전 기사: 배터리 통합 기술의 혁신과 발전
배터리 팩은 신에너지 차량의 핵심 에너지원으로, 차량 전체에 구동력을 제공합니다. 우리는 일반적으로 효율성(에너지 밀도), 안전성, 제조 및 유지 관리 비용의 차원에서 배터리 팩 기술의 장단점을 평가합니다.
배터리 설계에서 단일 셀의 전압은 약 3-4V에 불과한 반면, 전기 자동차에 필요한 전압은 최소 100V입니다. 현재 신차는 700V/800V의 전압을 가지고 있으며 출력 전력은 일반적으로 200W이므로 배터리를 부스트해야 합니다. 전기 자동차의 전류 및 전압 요구 사항을 충족하려면 서로 다른 셀을 직렬 또는 병렬로 연결해야 합니다.
배터리 팩은 배터리 셀, 전자 및 전기 시스템, 열 관리 시스템 등으로 구성되며, 이는 배터리 프레임 구조(베이스 플레이트(트레이), 프레임(금속 프레임), 상부 커버 플레이트, 볼트 등)로 둘러싸여 있습니다. 이러한 구성 요소와 시스템을 보다 효율적이고 안전하게 전체로 "패키징"하는 방법은 항상 전체 산업에서 지속적인 연구와 탐구의 주제였습니다.
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파워 배터리 그룹 기술의 기원은 1950년대로 거슬러 올라가며, 구소련과 일부 유럽 국가에서 시작되었습니다. 이 기술은 원래 부품의 물리적 유사성(범용 공정 경로)을 결정하고 효율적인 생산을 확립하기 위한 엔지니어링 및 제조 개념으로 사용되었습니다.
그룹 기술(GT)의 핵심은 생산 활동에서 관련된 것들의 유사점을 식별하고 탐색하고, 유사한 문제들을 그룹으로 분류하고, 이 문제 그룹을 해결하기 위한 비교적 통합된 최적 솔루션을 찾아 경제적 이익을 달성하는 것입니다. 전력 배터리 분야에서 그룹 기술은 주로 구조, 열 관리, 전기 연결 설계 및 배터리 관리 시스템(BMS) 기술을 포함하여 단일 셀에서 배터리 팩(Pack)으로 배터리를 통합하는 기술을 포함합니다.
자동차 분야에서 이전의 그룹화 기술은 MTP(Module To Pack)로, 셀을 먼저 모듈로 통합한 다음 모듈을 팩으로 통합하는 것을 의미합니다. 이 기술은 분리 및 교체가 가능한 모듈이 특징으로, 유지 관리성은 좋지만 그룹화 효율성은 낮습니다. 기술의 발전에 따라 그룹화 기술은 MTP에서 CTP(Cell To Pack)로 전환되었습니다. CTP 기술은 셀을 팩에 직접 통합하여 기존 모듈 구조를 제거하고 그룹화 효율성과 생산 효율성을 개선하는 기술을 말합니다. 최근 몇 년 동안 업계는 통합 효율성이 더 높은 CTC(Cell To Chassis), CTB(Cell To Body & Bracket), MTB(Module To Body)와 같은 그룹화 기술도 모색하고 있습니다.
전력 배터리 및 전기화학 에너지 저장 분야에서 리튬 배터리의 주요 기술 발전은 구조적 혁신과 재료 혁신에서 비롯됩니다. 전자는 물리적 수준에서 "셀-모듈-배터리 팩"의 구조를 최적화하여 배터리 팩의 체적 에너지 밀도를 개선하고 비용을 절감하는 목표를 달성하는 것입니다. 후자는 화학적 수준에서 배터리 재료를 탐색하여 단일 셀의 성능을 개선하고 비용을 절감하는 목표를 달성하는 것입니다. 이 글은 다양한 구조적 통합 기술이 배터리 팩 제조 기술에 미치는 영향과 배터리 팩 구조적 통합의 관점에서 혁신적 개발 방향에 초점을 맞춥니다. 전력 배터리 통합을 위한 현재 핵심 기술은 아래 그림과 같습니다.
1-MTP가 제거되었습니다
현재 전기 자동차 개발의 물결이 시작되면서 많은 석유-전기 신에너지 자동차 모델이 출시되었습니다. 이들은 전통적인 가솔린 자동차의 공간적 레이아웃과 스타일 디자인을 이어갑니다. 엔지니어들은 일정 수의 개별 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 비교적 큰 배터리 셀 모듈을 조립한 다음, 이러한 배터리 셀 모듈 몇 개를 익숙한 "MTP" 배터리 팩인 배터리 팩에 넣었습니다. 배터리 팩은 두 번 이상 "포장"해야 하기 때문에 필요한 구성 요소의 수가 매우 많고 배터리 팩은 "내부 3층, 외부 3층"으로 나타나며, 너무 많은 중복 부품이 더 많은 시스템 부피와 무게를 차지하여 "MTP" 배터리 팩의 체적 에너지 밀도와 중량 에너지 밀도가 낮아집니다. 또한 가솔린 자동차의 설계는 배터리 공간을 특별히 예약하지 않았기 때문에 배터리 시스템은 "어디에나 끼워 넣을 수 있을 뿐"이어서 제품 경쟁력과 사용자 경험이 저하됩니다.
테슬라가 대표하는 새로운 지능형 전기 자동차 플랫폼이 출시된 이후, 순수 전기 자동차는 배터리 팩을 더 효율적이고 규칙적인 방식으로 이상적인 공간 위치에 설치할 수 있게 되었고, 3가지 전기 시스템을 더 합리적으로 배치할 수 있으며, 차량의 전자 및 전기 아키텍처와 열 관리 설계를 더 효율적으로 통합할 수 있습니다. 에너지 효율성, 내구성, 지능 측면에서 차량의 제품 강점이 크게 향상되었습니다.
2-Integrated Technology 2.0 Era——CTP
MTP 구조 배터리 팩은 공간 활용에 상당한 문제가 있습니다. 배터리 셀에서 모듈로의 공간 활용도는 80%이고, 모듈에서 배터리 팩으로의 공간 활용도는 50%이며, 전체 공간 활용도는 40%에 불과합니다. 모듈 하드웨어 비용은 총 배터리 비용의 약 14%를 차지합니다. 이러한 낮은 공간 활용 구조는 신에너지 자동차의 개발 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 배터리 셀 → 모듈 → 배터리 팩 → 차체 통합 아이디어의 틀에서 차량이 제한된 섀시 공간에 최대한 많은 전력을 적재하고 볼륨 활용도를 개선하려면 각 통합 단계의 표준화를 고려해야 합니다. 주행 범위에 대한 시장 수요가 계속 증가함에 따라 단일 배터리 모듈의 볼륨이 계속 증가하여 간접적으로 CTP 솔루션이 등장하게 되었습니다.
CTP 구조 기술은 안전성, 패키징 복잡성, 비용 절감 등을 고려하여 탄생했습니다. 배터리 셀의 안전성을 보장한다는 전제 하에 CTP 기술은 내부 케이블과 구조 부품을 줄입니다. MTP 기술과 비교할 때 CTP 기술은 모듈 구조가 없으며 차량에 설치하기 전에 배터리 셀을 배터리 팩에 직접 패키징합니다.
현재 두 가지 주요 아이디어가 있습니다. 하나는 CATL로 대표되는 여러 개의 작은 모듈의 구조를 대체하는 완전한 대형 모듈로 Pack을 간주하는 것입니다. 다른 하나는 설계 중에 모듈 없는 솔루션을 사용하는 것을 고려하고 배터리 자체를 BYD의 블레이드 배터리와 같이 강도 참여자로 설계하는 것입니다.
CTP 기술의 핵심은 모듈 설계를 취소하는 것입니다. 배터리 셀은 셸과 직접 결합되어 엔드 플레이트와 파티션의 사용을 줄입니다. 그 뒤를 따르는 문제는 배터리 팩의 고정과 열 관리입니다.
사실 CTP 배터리팩의 원래 제품은 순수한 모듈 없는 디자인이 아니라, 원래의 소형 모듈을 3개의 대형 모듈과 2개의 중형 모듈로 합친 디자인이었고, 양쪽 끝에는 알루미늄 엔드 플레이트도 있어서 이론적으로는 여전히 MTP이기는 하지만, 실제로 구조적으로는 큰 개선이 있었습니다.
CTP 3.0이 도입된 후, CATL은 더욱 진보된 제조 방법을 제시하여 완전히 모듈 없는 설계를 달성했습니다. 배터리 셀은 높이를 따라 수직 방향에서 수평 위치로 변경되었습니다. 또한, 배터리 셀 사이에 새로운 냉각 솔루션이 구현되어 열을 발산할 뿐만 아니라 지지, 완충, 단열 및 온도 제어 기능도 제공합니다. 하단 셸도 제한적인 고정 기능으로 설계되었습니다.
그림 1: CATL Kirin Battery CTP2.0과 CTP3.0의 비교
3-통합기술 3.0시대——CTB, CTC
l CTB 기술
CTP 기술은 배터리 구조 혁신에서 큰 진전이지만 배터리 팩 자체에서는 돌파구를 마련하지 못했습니다. CTP 기술에서 배터리 팩은 여전히 독립적인 구성 요소입니다. CTP의 배터리 팩에 대한 간소화된 전략과 비교할 때 CTB 기술은 차체 바닥 패널과 배터리 팩 커버를 하나로 결합합니다. 배터리 커버, 도어 실, 앞뒤 빔으로 형성된 평평한 밀봉 표면은 실런트로 승객실을 밀봉하고 바닥은 설치 지점을 통해 차체와 조립됩니다. 배터리 팩을 설계 및 제조할 때 배터리 시스템은 차체 전체와 통합되어 배터리 자체의 밀봉 및 방수 요구 사항을 충족할 수 있으며 배터리와 승객실의 밀봉은 비교적 간단하고 위험을 제어할 수 있습니다.
이러한 방식으로 "배터리 팩 커버-배터리 셀-트레이"의 원래 샌드위치 구조가 "차체 하부 통합 배터리 팩 커버-배터리 셀-트레이"의 샌드위치 구조로 변형되어 차체와 배터리 커버 간의 연결로 인한 공간 손실을 줄입니다. 이 구조적 모드에서는 배터리 팩이 단순한 에너지원이 아니라 전체 차량의 힘과 전달에 구조적으로 참여합니다.
그림 2: CTB 기술 구조의 개략도
l CTC 기술
CTC 방식을 채택한 후 배터리 팩은 더 이상 독립적인 조립체가 아니라 차량 본체에 통합되어 제품 설계 및 생산 공정을 최적화하고 차량 부품 수를 줄이며 특히 배터리의 내부 구조 부품과 커넥터를 줄이며 경량이라는 고유한 이점을 가지고 공간 활용을 극대화하며 배터리 수를 늘리고 주행 거리를 개선할 수 있는 공간을 제공합니다. 전기화학 시스템 자체가 변경되지 않는 조건에서 배터리 수를 늘려 주행 거리를 늘릴 수 있습니다.
그림 3: 테슬라 CTC 기술 구조도
예를 들어, 테슬라와 다른 자동차 제조업체는 CTC 기술 모델을 연이어 출시했습니다. 셀 수준에서는 다기능 탄성 샌드위치 구조와 대면적 수냉 기술을 사용할 수 있으며, 통합 개발을 통해 배터리 팩 하단에 충돌 방지 공간 재사용 기술을 중첩하여 그룹화 효율성, 방열 및 안전성을 고려하고 셀 최적화와 차량 구조 보호의 두 가지 차원에서 CTC 기술의 적용을 촉진합니다. 차량 통합 개발 수준에서 배터리 셀은 섀시에 직접 통합되어 모듈과 배터리 팩의 링크를 제거합니다. 3대 전기 시스템(모터, 전자 제어, 배터리), 3대 부수 전기 시스템(DC/DC, OBC, PDU), 섀시 시스템(변속 시스템, 구동 시스템, 조향 시스템, 제동 시스템) 및 자율 주행 관련 모듈의 통합이 실현되고 지능형 전력 도메인 컨트롤러를 통해 전력 분배가 최적화되고 에너지 소비가 감소합니다.
4- CTP, CTB 및 CTC 기술용 배터리 박스에 대한 특정 요구 사항의 변경
기존의 배터리 팩 구조에서 배터리 모듈은 배터리 셀을 지지, 고정 및 보호하는 역할을 하는 반면, 배터리 박스 본체는 주로 외부 압출력을 견뎌냅니다. CTP, CTB 및 CTC 기술의 적용은 배터리 박스에 대한 새로운 요구 사항을 제시하며, 이는 특히 다음에 반영됩니다.
배터리 박스 본체의 강도 요구 사항이 개선되었습니다. CTP, CTB 및 CTC 구조에서 모듈 링크가 감소되거나 제거되었기 때문에 배터리 박스 본체는 외부 압출력뿐만 아니라 원래 모듈이 지탱하는 배터리 셀의 팽창력도 견뎌야 합니다. 따라서 배터리 박스 본체의 강도 요구 사항이 더 높습니다.
충돌 보호 기능: CTP 기술을 사용하여 배터리 팩의 사이드 빔을 제거한 후, 배터리는 충돌의 충격을 직접 받게 되므로 CTP 배터리 팩은 충분한 충돌 방지 기능을 갖춰야 합니다.
단열, 단열 및 방열 요구 사항: CTP 또는 CTB 및 CTC 구조는 섀시 베어링 구조 상자를 기반으로 바닥 플레이트 프로파일을 수냉 플레이트로 변경합니다. 배터리 박스 상자는 배터리 셀의 무게를 견딜 뿐만 아니라 배터리에 대한 열 관리 및 기타 기능도 제공합니다. 구조가 더 컴팩트하고 제조 공정이 최적화되었으며 자동화 정도가 더 높습니다.
감소된 유지 보수성: 고도로 통합된 설계로 인해 배터리 팩을 교체하기가 복잡합니다. 예를 들어, CTC 구조에서 배터리 셀은 수지 재료로 채워져 있어 배터리 셀을 교체하기 어렵고 수리가 거의 불가능합니다.
5- 배터리팩 통합이 전기자동차 충전 인프라에 미치는 영향
다양한 배터리 팩 통합 기술을 선택하는 것은 다양한 보상 방법을 선택하는 것을 의미합니다. CTP는 배터리 교체를 하는 경향이 있는 반면, 더 고도로 통합된 CTB/CTC는 빠른 충전을 하는 경향이 있습니다.
높은 통합은 동일한 공간에 더 많은 배터리를 수용할 수 있어 전기 자동차의 주행거리가 늘어난다는 것을 의미합니다. 사용자는 더 이상 짧은 거리를 자주 충전할 필요가 없지만 장거리 여행 중에는 빠르게 충전하는 것을 선호할 수 있습니다. 따라서 충전 인프라를 계획할 때는 이러한 변화를 고려하여 사용자 요구를 충족할 수 있도록 해야 합니다.
배터리 팩의 통합이 증가함에 따라 배터리 팩의 물리적 크기와 구조가 변경될 수 있으며, 이는 충전 인터페이스의 설계와 충전 장비의 호환성에 영향을 미칠 수 있습니다.
또한 배터리 팩의 통합 증가는 충전 속도와 효율성에도 영향을 미칠 수 있습니다. 빠르고 안전한 충전 프로세스를 보장하기 위해 보다 효율적인 배터리 관리 시스템과 충전 기술을 개발하고 배포해야 할 수도 있습니다.
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신에너지 자동차 배터리 트레이/에너지 저장 액체 콜드박스를 위한 공통 표면 처리 기술
신에너지 자동차용 배터리 트레이와 에너지 저장 액체 냉각 상자의 생산 공정에서 필요하고 적절한 표면 처리가 핵심 단계입니다. 예를 들어, 코팅, 산화 처리 등을 사용하여 금속 표면에 보호층을 형성하여 부식성 매체의 침식을 방지합니다. 배터리 셀, 수냉판, 모듈 벽 등과 같이 전기적 절연이 필요한 구성 요소는 절연 보호 필름을 구축해야 합니다. 절연은 일반적으로 절연 분말 또는 절연 페인트를 분사하여 달성합니다. 적절한 표면 처리 기술을 선택하면 트레이/액체 냉각 상자의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 내구성과 안전성도 다양한 응용 시나리오의 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 이 문서에서는 일반적인 표면 처리 기술을 요약하여 참조할 수 있습니다.
1- 세척 및 광택
생산 과정에서 가공 오일, 엔진 오일 잔여물, 분말, 먼지와 같은 불순물이 팔레트 표면에 축적될 수 있습니다. 이러한 불순물은 배터리 트레이의 수명에 영향을 미칠 뿐만 아니라 배터리의 성능과 안전성에 부정적인 영향을 미칠 수도 있습니다. 세척 및 연마를 통해 이러한 불순물을 효과적으로 제거하여 팔레트 표면의 청결을 보장할 수 있습니다. 세척 및 연삭은 표면 불순물, 버, 용접 슬래그를 효과적으로 제거하여 표면을 매끄럽고 평평하게 만들어 배터리 트레이/상자의 전반적인 품질을 개선할 수 있습니다.
l 화학 세척
알칼리 세척: 알칼리 세척은 주로 알칼리성 용액(예: 수산화나트륨, 탄산나트륨 등)을 사용하여 알루미늄 합금 표면의 기름, 먼지 및 기타 유기물을 제거합니다. 알칼리 세척은 비누화, 유화 및 침투 및 습윤을 통해 기름을 제거하고 동시에 수용성 침전물을 생성하여 세척 효과를 얻습니다. 알칼리 세척은 일반적으로 알루미늄 합금 표면에서 기름, 먼지 및 유기 오염 물질을 제거하는 데 사용됩니다.
피클링: 피클링은 산성 용액(예: 질산, 염산 등)을 사용하여 알루미늄 합금 표면의 산화 스케일, 녹 및 기타 무기 침전물을 제거합니다. 피클링은 산과 금속 표면의 산화물의 반응을 통해 금속 표면의 산화물을 가용성 염으로 전환하여 표면 불순물을 제거합니다. 피클링은 주로 알루미늄 합금 표면의 산화막, 녹 및 무기염 스케일을 제거하는 데 사용됩니다. 피클링은 종종 금속 표면의 마감 및 평탄도를 개선하기 위한 최종 처리에 사용됩니다.
l 기계 연삭
생산 중 연삭 공정을 통해 가공 여유분을 제거하고, 형상 오류를 교정하고, 팔레트/상자 표면의 매끄러움과 정확성을 보장하고, 조립 요구 사항을 충족시키며, 결과적으로 전반적인 성능과 서비스 수명을 향상시킬 수 있습니다.
세척하고 윤이 난 표면은 코팅재나 기타 재료로 처리할 수 있는데, 이는 이후의 부식 방지, 밀봉, 열 전도성, 단열, 방열 및 기타 코팅의 시공에 매우 중요하며 이러한 재료를 팔레트/상자에 단단히 고정하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
2-코팅 및 보호필름 구축
팔레트/상자 생산 시에는 기본적인 세척 및 광택 처리 외에도 분무 공정을 통해 표면 처리를 통해 보호층을 형성하여 산화 및 부식을 방지하고 열 절연, 절연 및 내전압 등 다양한 요구 사항을 충족합니다.
l 열 절연
배터리 트레이의 결로 방지 및 단열은 단열 시스템의 포괄적인 설계, 고효율 단열재 사용, 에어로젤 적용, 배터리 팩 단열 설계, 폼 단열재 분사를 통해 달성할 수 있습니다.
바닥면은 PVC 및 폼소재로 분사처리
l 절연내전압
배터리 팩 케이스와 액체 냉각 구성 요소의 절연은 주로 전류 누출을 방지하고, 인원을 감전으로부터 보호하며, 배터리 시스템의 정상적인 작동을 보장하기 위한 것입니다. 절연은 일반적으로 분말 분무와 필름 적층의 두 가지 주요 방법을 통해 달성됩니다. 주류 필름 적층 공정에는 실온 적층, 핫 프레싱 및 UV 노출이 포함됩니다.
단열재 분말 및 단열 페인트의 내부 분사
3-로고 및 간판
명판이나 라벨은 일반적으로 레이저, 기계 조각 등을 통해 배터리 트레이의 눈에 띄는 위치에 부착됩니다. 이러한 로고는 일반적으로 내마모성 및 내부식성 매체로 만들어져 전체 서비스 수명 동안 쉽게 지워지지 않습니다.
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에너지 저장 컨버터의 방열 요구 사항의 변화 및 일반적인 방열 솔루션 비교
에너지 저장 시스템의 핵심 장비인 에너지 저장 컨버터는 전력 변환, 에너지 관리, 그리드 안정성 보장, 에너지 효율 향상 등을 위한 중요한 도구입니다. 에너지 저장 컨버터 전력 장치가 고집적화, 고효율화로 나아가면서, 주파수와 대용량의 발전으로 인해 열 방출에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다.
1-냉각 요구 사항의 변화
l 더 큰 DC 캐빈에 맞춰 컨버터 용량은 계속 증가하고 효율적인 방열 기술은 장비의 신뢰성을 보장합니다.
에너지 저장 셀의 용량이 점점 더 커지면서 에너지 저장 시스템의 용량도 동시에 확장되고 있습니다. 2023년 초 시중에 나와 있는 표준 20피트 단일 셀 배터리 용량은 3.35MWh에 불과했습니다. 하반기에는 많은 배터리 셀 회사가 310+Ah 에너지 저장 제품을 출시했으며, 20피트 단일셀 배터리도 5MWh로 확장됐다. 그러나 5MWh 모델이 업데이트된 지 반년도 채 되지 않아 일부 주요 에너지저장시스템에서는 6MWh와 8MWh 시스템을 출시했다. 일반적인 경험에 따르면 에너지 저장 컨버터는 부하 용량의 1.2배로 구성됩니다. 5MWh 에너지 저장 시스템의 단일 단위 용량은 2.5MW 이상이어야 합니다. 고출력에서는 장비의 안정적인 작동을 보장하기 위해 보다 효율적인 냉각 기술이 필요합니다. 높은 부하를 지속했습니다.
에너지 저장 시스템 통합 토폴로지 체계의 반복적 진화
l DC 고전압 기술을 적용하려면 장치에 더 높은 내압 수준과 절연 강도가 필요하며 전력 장치의 방열이 심각합니다.
대용량 에너지 저장 시스템에 부응하기 위해 DC 고전압 기술은 전압 레벨의 증가를 통해 에너지 절약, 효율성 및 성능 향상을 달성할 수 있습니다. 이제 광전지는 에너지 저장에 관여합니다. 그러나 에너지 저장 PCS의 고전압 진화는 아직 갈 길이 멀고 일부 제조업체는 이를 최적화하여 2000V로 추진하기 시작했습니다. DC 고전압 기술을 적용하면 에너지 저장 컨버터의 전력 전자 장치가 고전압 작업 환경에 적응할 수 있도록 더 높은 내전압 수준과 더 높은 절연 강도를 갖게 됩니다. 고전압 환경에서는 전력 장치의 방열 설계가 더욱 중요해집니다. 전력 장치의 pn 접합 온도는 일반적으로 125°C를 초과할 수 없으며 패키지 쉘의 온도는 85°C를 초과할 수 없습니다.
l 네트워크로 연결된 에너지 저장 시스템에는 복잡한 제어 알고리즘, 회로 설계 및 고전력 밀도 에너지 저장 변환기가 필요합니다.
그리드형 에너지 저장 시스템의 전류원의 본질적인 속성과 달리, 그리드형 에너지 저장 시스템은 본질적으로 전압원이므로 내부적으로 전압 매개변수를 설정하고 안정적인 전압과 주파수를 출력할 수 있습니다. 따라서 동기 발전기의 특성을 시뮬레이션하고, 전압 및 주파수 지원을 제공하고, 전력 시스템의 안정성을 향상시키는 그리드형 컨버터가 필요합니다. 이러한 제어 전략을 위해서는 컨버터에 더 높은 전력 밀도와 더 복잡한 제어 알고리즘이 필요합니다. 그리고 제어 전략을 구현하려면 더 높은 성능의 전력 장치와 더 복잡한 회로 설계가 필요합니다. 고성능을 유지하면서 냉각 시스템의 부피와 비용을 줄이기 위해 높은 전력 밀도와 복잡한 제어 전략으로 인해 발생하는 열을 효과적으로 관리하는 방법은 열 설계의 새로운 과제가 되었습니다.
2-일반적인 냉각 솔루션 비교
에너지 저장 변환기의 방열 솔루션은 최근 몇 년 동안 상당한 반복적 발전을 경험했으며, 이는 주로 전통적인 공냉식에서 액체 냉각 기술로 방열 기술의 전환에 반영됩니다.
l 공기 냉각 솔루션
공기 냉각은 에너지 저장 변환기의 초기 단계에서 사용되는 온도 제어 형태로, 공기를 매체로 사용하여 팬과 라디에이터를 통해 열을 방출합니다. 공랭식 솔루션은 지속적인 에너지 소비 절감, 구조 최적화, 방열 소재 개선을 통해 방열 효율을 향상시킵니다. 2.5MW 전력 수준에서도 공냉식은 여전히 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
l 액체 냉각 솔루션
에너지 저장 시스템의 전력밀도와 에너지 밀도가 지속적으로 증가함에 따라 수냉식 PCS는 열전도율이 높은 냉각수를 매개체로 사용하고, 냉각수를 워터 펌프를 통해 냉각판 내에서 순환시키도록 구동하며 요인의 영향을 받지 않습니다. 고도 및 기압과 같은 영향: 액체 냉각 시스템은 공기 냉각 시스템보다 더 효율적으로 열을 방출하며, 액체 냉각 솔루션은 지난 1~2년 동안 더 높은 수준의 매칭을 제공하기 시작했습니다.
전체 액체 냉각 에너지 저장 솔루션 외에도 일부 제조업체에서는 상변화 직접 냉각을 사용하고 물 순환이 없는 에너지 저장 직접 냉각 기계를 도입했습니다. 직접 냉각 솔루션도 에너지 저장 분야에 진출하고 있습니다.
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신에너지 자동차 및 에너지 저장 배터리 팩에 사용되는 알루미늄 프로파일 설계의 핵심 사항
배터리 팩은 신에너지 차량, 통합 에너지 저장 캐비닛 및 컨테이너의 핵심 구성 요소입니다. 쉘 엔벨로프를 통해 에너지원을 형성하고, 전기 자동차에 전력을 공급하며, 에너지 저장 캐비닛 및 컨테이너에 흡수 용량을 제공합니다. 이 기사에서는 실제 엔지니어링 요구 사항을 결합하고 배터리 팩의 기계적 강도, 안전성, 열 관리 및 경량 요구 사항을 분석하여 배터리 팩 프로필 설계의 핵심 사항을 요약합니다.
1- 배터리 팩 하우징 설계 요구 사항
l 기계적 강도, 진동 저항성 및 충격 저항성：시험 후, 고정 장치의 기계적 손상, 변형 또는 느슨함이 없어야 하며 잠금 장치가 손상되어서는 안 됩니다.
l 밀봉: 배터리 팩의 밀봉은 배터리 시스템의 작동 안전에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적으로 배터리 팩이 밀봉되고 방수되도록 하려면 IP67 보호 수준에 도달해야 합니다.
l 배터리 팩 셸을 설계할 때는 열 관리 성능을 고려해야 하며 적절한 열 관리 설계를 통해 배터리가 적절한 범위 내에서 작동하도록 해야 합니다.
l 설치 및 고정을 위해 쉘은 명판과 안전 표지판을 위한 공간을 확보해야 하며, 수집 라인, 다양한 센서 요소 등을 설치할 수 있는 충분한 공간과 고정된 기초를 확보해야 합니다.
l 비극성 기본 절연의 모든 커넥터, 단자 및 전기 접점은 결합 시 해당 보호 수준 요구 사항을 충족해야 합니다.
l 경량화: 셸의 경량화는 배터리 팩의 에너지 밀도를 개선하는 데 매우 중요합니다. 알루미늄 합금은 무게가 가볍고 품질이 높아 현재 가장 실현 가능한 선택입니다. 실제 응용 프로그램과 결합하여 적절한 극한 설계를 통해 경량화 수준을 개선할 수 있습니다.
l 내구성: 배터리 팩 쉘의 설계 수명은 전체 제품의 사용 수명보다 짧아서는 안 됩니다. 사용 주기 동안 명백한 플라스틱 변형이 발생해서는 안 됩니다. 보호 수준과 절연 성능이 저하되어서는 안 됩니다. 명판과 안전 표지판의 레이아웃, 커넥터 보호를 포함하여 구조는 유지 관리하기 쉬워야 합니다.
그림 1 일반적인 알루미늄 합금 용접 배터리 팩 쉘
2-전형적인 알루미늄 합금 배터리 팩 쉘 솔루션
배터리 팩 셸에 일반적으로 사용되는 알루미늄 합금 소재에는 6061-T6, 6005A-T6 및 6063-T6 등이 있습니다. 이러한 소재는 다양한 구조적 요구 사항을 충족하기 위해 서로 다른 항복 강도와 인장 강도를 가지고 있습니다. 이러한 소재의 강도는 다음과 같습니다. 6061-T6>6005A-T6>6063-T6.
현재 배터리 팩 셸 성형 솔루션에는 알루미늄 프로파일 용접, 알루미늄 합금 주조, 주조 알루미늄 플러스 프로파일 알루미늄, 스탬핑 알루미늄 플레이트 용접 등이 포함됩니다. 알루미늄 프로파일 용접 솔루션은 유연성과 가공 편의성으로 인해 주류 선택이 되었습니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 셸은 주로 알루미늄 합금 프로파일 프레임과 알루미늄 합금 프로파일 바텀 플레이트로 구성되며 6 시리즈 알루미늄 합금 압출 프로파일을 사용하여 용접됩니다. 알루미늄 합금 주조 솔루션은 간소화된 공정과 비용 절감 잠재력으로 인해 미래 개발 방향으로 간주됩니다.
3- 프로필 섹션 디자인
l 단면 크기와 복잡성: 프로파일의 단면 크기는 외접원으로 측정됩니다. 외접원이 클수록 필요한 압출 압력이 커집니다. 프로파일의 단면은 일반적으로 여러 개의 공동으로 구성되어 구조적 강성과 강도를 개선합니다. 일반적으로 프레임, 중간 파티션, 바닥판, 보 등은 다양한 구조적 및 기능적 요구 사항에 맞게 다양한 단면 설계를 채택합니다.
그림 2 일반적인 알루미늄 합금 프로파일 단면
l 알루미늄 프로파일 벽 두께: 특정 알루미늄 프로파일의 최소 벽 두께는 프로파일 외접원 반경, 모양 및 합금 구성과 관련이 있습니다. 예를 들어, 6063 알루미늄 합금의 벽 두께가 1mm인 경우 6061 알루미늄 합금의 벽 두께는 약 1.5mm여야 합니다. 동일한 섹션의 압출 난이도는 6061-T6>6005A-T6>6063-T6입니다. 배터리 팩 프로파일을 설계할 때 프레임 프로파일은 일반적으로 6061-T6 알루미늄 합금 소재로 만들어지며 일반적인 섹션은 여러 개의 캐비티로 구성되고 가장 얇은 벽 두께는 약 2mm입니다. 바닥판 프로파일도 여러 개의 캐비티로 구성되며 소재는 일반적으로 6061-T6, 6065A-T6이며 가장 얇은 벽 두께도 약 2mm입니다. 또한 바닥판 하중 지지 트레이와 바닥판 액체 냉각 통합을 설계할 때 바닥판은 일반적으로 양면 구조를 채택하고 바닥판 두께는 일반적으로 10mm이고 벽 두께와 캐비티 내벽은 약 2mm입니다.
l 프로파일 단면 치수의 허용 오차: 단면 치수의 허용 오차는 알루미늄 프로파일의 가공 허용 오차, 사용 조건, 프로파일 압출의 어려움, 프로파일의 모양에 따라 결정해야 합니다. 압출하기 어려운 일부 알루미늄 프로파일의 경우 모양을 변경하거나 가공 허용 오차와 치수 허용 오차를 늘려 압출의 어려움을 줄이고 요구 사항에 가까운 알루미늄 프로파일 제품을 압출한 다음 사용 요구 사항을 충족하도록 재성형하거나 가공할 수 있습니다.
또한, 프로필 단면을 설계할 때는 조인트, 홈, 벽 두께 등에 대한 다양한 용접 공정의 특정 요구 사항을 고려해야 합니다.
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액체 냉각판의 기밀 테스트를 통과했는데 왜 여전히 누출이 발생합니까?
배터리 팩의 기밀성은 배터리 팩의 품질과 안전성을 보장하는 데 중요한 요소입니다. 배터리 팩의 안전성, 신뢰성 및 사용 수명과 관련이 있습니다. 배터리 팩의 기밀성 테스트는 생산 공정뿐만 아니라 배터리 유지 관리 및 검사 중에도 수행해야 합니다.
1-배터리 팩 기밀 요구 사항
실제 생산 시 배터리 팩의 기밀성은 다음 요구 사항을 충족해야 합니다.
밀봉 성능: 배터리 팩 쉘, 인터페이스 및 커넥터는 먼지 및 수증기와 같은 외부 불순물이 배터리 팩에 들어가는 것을 방지하기 위해 우수한 밀봉 성능을 가져야 합니다. 이는 용접, 밀봉제, 방수 재료 등을 통해 달성할 수 있습니다.
방수 성능은 습기가 배터리에 유입되어 단락, 부식 및 기타 문제가 발생하는 것을 방지합니다. 국가 표준 GB38031-2020 "전기 자동차용 전원 배터리의 안전 요구 사항"에 따르면 배터리 및 구성 요소의 밀봉 성능은 IP67 표준을 충족해야 합니다. 대부분의 신에너지 차량은 배터리 및 구성 요소에 대한 밀봉 성능 요구 사항이 더 높고 IP68 표준을 충족해야 합니다. 즉, 배터리 팩은 지정된 수심 및 침수 시간 내에 물이 유입되는 것을 방지할 수 있습니다.
전통적인 기밀성 테스트 방법에는 압력법과 침지법(물 테스트)이 있습니다. 침지법은 액체 냉각판을 물에 담그고 거품이 발생하는지 관찰하여 밀봉을 판단하는 것입니다.
액체 냉각판 수로 기밀성 시험 탱크
IP68 표준이 더 엄격하지만 실제 응용 분야에서는 압력 강하 방법이 적절한 기밀성 감지 표준을 설정하여 IP68 요구 사항을 충족하는 주요 감지 방법으로 자주 사용됩니다. 압력 강하 방법은 배터리 팩 내부의 압력 변화를 측정하여 배터리 팩의 기밀성을 결정합니다. 기밀성 테스트를 수행할 때는 팽창 압력, 팽창 시간, 압력 안정화 시간 및 누출률과 같은 여러 매개 변수에 주의해야 합니다.
차압 기본 원리 다이어그램 직접 압력 기본 원리 다이어그램
2-액체 냉각판 누설 문제 분석
전력 배터리 차량, 배터리 에너지 저장 시스템 등에 대한 시장 수요가 지속적으로 업그레이드됨에 따라 더 높은 에너지 밀도와 전력 밀도의 배터리 팩이 널리 사용되고 있습니다. 배터리의 열적 특성으로 인해 배터리와 같은 핵심 장비의 안정적인 작동을 보장하고 에너지 활용 효율을 높이기 위해 액체 냉각 기술은 에너지 저장 열 관리를 위한 주류 기술 경로 중 하나이며 액체 냉각 시스템의 기밀성 테스트가 핵심 링크가 되었습니다.
액체 냉각판 누출은 심각한 문제입니다. 누출로 인해 냉각수의 정상적인 흐름이 방해받고, 액체 냉각판의 방열 효과에 영향을 미치며, 장비 성능이 저하됩니다. 누출로 인해 시스템 구성 요소가 노화되고 손상되어 시스템 신뢰성이 떨어질 수도 있습니다. 누출로 인해 전자 부품과 회로가 부식되어 장비 고장 및 화재 위험이 높아질 수도 있습니다.
액체 냉각판 생산 및 제조 과정에서 엄격한 기밀성 테스트를 거친 후에도 누출 문제가 계속 발생하는 이유는 무엇입니까?
액체 냉각 시스템 기밀성 테스트 프로세스
액체 누출은 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있습니다.
l 작은 균열 및 결함 조경 기밀성 테스트는 큰 누출 채널을 감지할 수 있지만, 작은 균열 및 결함이 여전히 존재할 수 있습니다. 이러한 작은 균열은 액체 압력이나 고온 환경에서 확장되어 액체가 스며들 수 있습니다.
l 냉각수 표면 장력과 젖음성 차이: 냉각수의 표면 장력이 낮으면 작은 틈새를 통과하기가 더 쉽습니다. 액체 냉각판의 표면 장력 설계가 불합리하거나 냉각수가 적절하게 선택되지 않으면 액체 침투 문제가 심화될 수 있습니다.
젖음성 차이: 냉각수마다 고체 표면에서 젖음성이 다릅니다. 액체 냉각판의 재료 표면 거칠기가 높거나 미세 구조적 결함이 있는 경우 냉각수가 더 쉽게 침투할 수 있습니다.
l 설치 및 공정상의 문제: 액체 냉각판의 설치 공정이 충분히 정밀하지 않거나 용접, 연결 및 기타 공정에 결함이 있는 경우 밀봉이 제대로 되지 않고 액체가 스며들 가능성이 커질 수 있습니다.
l 환경 조건: 온도 변화, 특히 고압 환경에서는 냉각수의 투과성에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 환경적 요인은 기밀성 테스트 중에 고려되지 않을 수 있지만 실제 작동에서는 온도 변동으로 인해 씰이 고장날 수 있습니다.
l 재료의 노화 또는 피로: 액체 냉각판의 재료를 너무 오랫동안 사용하면 노화 또는 피로가 발생하여 밀봉 성능이 저하되고, 이로 인해 액체 누출 위험이 커집니다.
3-액체 냉각판 누출에 대한 예방 조치
l 액체 냉각판 설계 개선: 액체 냉각판의 구조와 설계를 최적화하여 작은 균열과 결함을 줄이고 밀봉 성능을 개선합니다. 예를 들어, 유로 표면에 모듈 설치 빔을 용접할 때 냉각수 누출을 방지하기 위해 누출 방지 조치를 취합니다.
l 제조 공정 수준 향상: 액체 냉각판의 생산 공정에서 고품질 용접 공정과 재료를 사용하여 냉각수가 침투하기 쉽지 않도록 합니다. 동시에 조립 공정에서는 느슨함이나 잘못된 설치를 방지하기 위해 작동 절차를 엄격히 따릅니다.
l 검출 방법의 조합을 최적화하여 검출 효율성을 보장하고 검출 정확도를 개선하고 누락된 검출률을 줄입니다. 침지법과 압력 강하법은 기밀성 검출에 사용되며, 작동이 간단하고 경제적이며 효율적이며 대규모 일상 검출 요구에 적합합니다. 그러나 두 방법의 검출 정확도는 낮습니다. 압력 강하법의 검출 정확도는 일반적으로 1×10-4Pa·m³/s의 누출률이며 검출 결과의 정확도는 온도, 습도, 청결도 및 압력과 같은 요인에 의해 쉽게 간섭됩니다. 검출 정확도가 높고 효과가 더 좋은 검출 장비를 사용하여 검출 정확도를 1×10-6Pa·m³/s로 높여 검출 효과를 개선합니다.
액체 냉각판 자체의 예방 조치 외에도 냉각수 선택, 씰 선택, 장비 작업 환경 등 다방면에 걸쳐 적절한 대응 전략을 채택하는 것이 필요합니다.
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열 설계에서 엔지니어는 어떤 설계 요소를 최적화하여 효과적인 비용 절감을 달성할 수 있습니까?
방열 설계 시 효과적인 비용 절감 방법을 채택하면 불필요한 비용을 줄이는 동시에 전체 시스템의 안정성과 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
1-디레이팅 설계로 비용 절감
디레이팅 설계는 작동 중에 구성 요소나 제품이 받는 전기적, 열적, 기계적 응력을 의도적으로 줄이는 설계 방법입니다. 실제 생산 및 사용 시나리오에서 전자 장비의 안정성은 구성 요소에 가해지는 응력을 줄임으로써 개선될 수 있습니다.
2D 및 3D 패키징 방식의 방열 경로 다이어그램
l 작동 스트레스 감소 : 제품 설계 및 작동 중에 작동 부하 감소, 작동 주파수 제어, 전류 및 전압 제한 등을 통해 구성 요소의 작동 스트레스를 줄일 수 있습니다.
l 환경 스트레스 감소: 온도 여유가 더 큰 구성 요소를 선택하거나 잘 밀봉된 패키지를 사용하여 구성 요소에 대한 온도, 습도 및 압력의 영향을 줄이는 등 적절한 구성 요소 유형, 레이아웃 및 포장 형태를 선택하여 환경 스트레스를 줄입니다.
l 신뢰성 엔지니어링 애플리케이션: 합리적인 이중화 설계, 오류 감지 및 격리 등을 통해 구성 요소 오류의 위험을 더욱 줄일 수 있습니다.
작동 중 부품에 가해지는 스트레스를 줄임으로써 전력 소비와 발열을 줄일 수 있습니다. 전력 장치가 정격 스트레스 이하의 조건에서 작동하면 전력 소비와 열 발생이 줄어들어 시스템의 에너지 효율성과 신뢰성이 향상됩니다. 장기적으로 용량 감소 설계는 구성 요소 수명을 효과적으로 늘리고, 고장률을 줄이고, 유지 관리 작업량을 줄여 비용을 절감합니다.
2-레이아웃 최적화
방열 부품의 합리적인 배치를 통해 라디에이터의 작업 효율성을 크게 향상시킬 수 있으며, 합리적인 부품 레이아웃 전략을 통해 제품 성능과 비용 간의 균형을 이룰 수 있습니다.
l 방열부품 분산 : 열을 많이 발생하는 부품을 분산시켜 단위면적당 열부하를 줄인다.
l 열 방출에 도움이 되는 위치: 통풍구 근처나 장치 가장자리 등 열 방출에 도움이 되는 위치에 발열체를 놓습니다.
l 엇갈린 배열: 레이아웃 중에 가열 구성 요소를 다른 일반 구성 요소와 엇갈리게 배치하고 가열 구성 요소를 온도에 민감한 구성 요소에서 멀리 유지하여 열에 민감한 구성 요소에 미치는 영향을 줄이십시오.
l 공기 흐름 개선: 방향 설계 및 구성 요소 레이아웃을 변경하여 공기 흐름 경로가 최적화되고 유량이 증가하며 열 전달 계수가 향상됩니다.
구성요소 간 권장 간격
3-냉각방식 선택
전자 부품의 성능이 향상되고 집적도가 높아짐에 따라 전력 밀도가 지속적으로 증가하여 작동 중 전자 부품에서 발생하는 열이 크게 증가합니다. 전자 부품의 방열 방법을 선택할 때 온도 제어 요구 사항에는 주로 다음과 같은 측면이 포함됩니다.
l 온도 범위: 구성 요소마다 온도 허용 범위가 다릅니다. 예를 들어 CPU와 같은 고성능 칩의 작동 온도 요구 사항은 85~100°C이지만 일부 저전력 장치는 더 높은 온도를 견딜 수 있으므로 냉각 시스템은 구성 요소를 보장해야 합니다. 안전한 온도 범위 내에서 작동하십시오.
l 온도 제어 정확도: 온도 제어 요구 사항이 엄격한 일부 시나리오에서는 구성 요소 성능 저하 또는 지나치게 높거나 낮은 온도로 인한 손상을 방지하기 위해 온도를 정확하게 제어할 수 있는 방열 솔루션을 채택해야 합니다.
l 주변 온도: 전자 장비의 방열 효과는 장치 자체의 방열 용량에 따라 달라질 뿐만 아니라 주변 주변 온도의 영향을 받습니다. 방열 설계는 주변 온도의 변화를 고려하고 방열 수단을 통해 장치를 적절한 온도 범위 내에 유지하려고 해야 합니다.
l 전력 소모와 신뢰성: 일부 저전력 전자 부품은 발열이 적을 때 자연 냉각을 사용할 수 있지만, 고전력 장치의 경우 높은 부하에서 정상적인 성능을 유지하고 사용 수명을 연장하기 위해 더 효율적인 냉각 기술이 필요하다.
l 밀폐성 및 집적도: 밀폐되고 고밀도로 조립된 기기의 경우, 발열량이 높지 않다면 자연 방열에 의존할 수 있습니다. 하지만 소자의 집적도가 높고 발열량이 큰 경우에는 강제 방열이나 액체 냉각 등 더욱 효과적인 방열 기술이 필요합니다. 액체 냉각 및 히트파이프 기술은 고출력, 고발열 환경, 예를 들어 행파관, 마그네트론, 고출력 증폭관 등 고출력 전자 부품, 서버 및 고전력 장비, 그리고 신에너지 자동차의 3전 시스템 등에서 독보적인 장점을 가지고 있습니다.
충전 파일 공기 냉각 모듈 충전 파일 액체 냉각 모듈
전자 부품의 방열 방법을 선택할 때는 발열량 및 열유속 밀도, 주변 온도 및 작동 온도, 공간 제약 및 단열 요구 사항, 비용 및 타당성 등의 요소를 종합적으로 고려해야 합니다. 적절한 방열 기술과 방열 장치를 사용하여 구성 요소가 적절한 온도에서 작동하도록 보장함으로써 시스템 교체 및 유지 관리 비용을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 또한, 과거 프로젝트를 재사용하는 것도 개발 및 제조 비용을 줄이고 신뢰성을 향상시키는 효과적인 전략입니다.
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배터리 트레이 용접 시 열 변형의 영향을 효과적으로 방지하거나 줄이는 방법은 무엇입니까?
배터리 박스(Battery Box) 또는 PACK 박스(PACK Box) 등으로도 알려진 배터리 트레이는 신에너지 자동차 개발에 있어 매우 중요한 구성 요소로 주목을 받고 있습니다. 비용, 재료 성능 및 기타 요인. 알루미늄 합금은 밀도가 낮고 강도가 높기 때문에 강성을 유지하면서 차체의 성능을 보장할 수 있어 자동차 경량화 엔지니어링에 널리 사용됩니다.
1-배터리 트레이 용접 부품 및 방법 선택
알루미늄 배터리 트레이는 압출 알루미늄 프로파일을 기반으로 하며 다양한 구성 요소가 용접을 통해 전체로 결합되어 완전한 프레임 구조를 형성합니다. 유사한 구조가 에너지 저장 팩 박스에도 널리 사용되었습니다.
배터리 트레이의 용접 부분에는 일반적으로 바닥 판의 접합, 바닥 판과 측면 사이의 연결, 측면 프레임의 연결, 수평 및 수직 빔 용접, 액체 냉각 시스템 구성 요소 및 용접이 포함됩니다. 브래킷, 리프팅 러그 및 기타 액세서리. 용접 방법을 선택할 때 다양한 재료 및 구조적 요구 사항에 따라 다양한 용접 방법이 선택됩니다. 다음 표를 참조하십시오.
2-용접 열변형의 영향 분석
용접은 국부 가열 처리 방법으로 열원이 용접부에 집중되기 때문에 용접물의 온도 분포가 고르지 않아 결국 용접 구조물 내부의 용접 변형 및 용접 응력이 발생합니다. 용접열변형이란 용접공정 중 입열량과 출력량이 고르지 않아 용접부의 형상과 크기가 변화하는 현상을 말한다. 실제 엔지니어링 프로젝트 경험을 바탕으로 용접 열 변형이 발생하기 쉬운 부품과 영향 요인을 요약하면 다음과 같습니다.
a. 긴 직선 용접부
실제 생산에서 배터리 트레이의 바닥 판은 일반적으로 마찰 교반 용접을 사용하여 2~4개의 알루미늄 합금 프로파일로 만들어지며, 바닥 판과 측면 판, 바닥 판 사이에도 긴 용접이 있습니다. 그리고 스페이서 빔. 긴 용접의 집중된 열 입력으로 인해 용접 영역이 국부적으로 과열되어 열 변형이 발생하기 쉽습니다.
배터리 트레이 프레임 용접
b. 여러 부품의 접합
다중 구성요소 용접에서 용접 공정 중 국부적인 고온 가열과 그에 따른 냉각으로 인해 발생합니다. 용접 공정 중 용접물은 불균일한 입열을 받아 용접 부위와 주변 모재 사이에 상당한 온도 차이가 발생하고 열팽창 및 냉간 수축 효과가 발생하고 용접물의 변형이 발생합니다. 에너지 저장 팩 상자의 전기 설치 끝 부분에는 일반적으로 수도꼭지, 와이어 하니스 브래킷, 빔 등이 장착되어 있습니다. 용접 부분은 조밀하고 쉽게 변형됩니다.
용접이 밀집된 영역에서는 팔레트의 전면이 뒤틀리고 변형됩니다.
액체 냉각판 통합 설계를 갖춘 배터리 트레이에서 얇은 판, 파이프 구조 등과 같이 구조적 강성이 낮은 부품은 용접 공정 중 열 변형에 잘 견디지 못하고 다음과 같이 변형되기 쉽습니다. 액체 냉각판의 채널 측면 벽은 일반적으로 약 2mm에 불과합니다. 모듈 장착 표면에 빔, 와이어 하니스 브래킷 및 기타 부품을 용접할 때 측벽에 균열 및 변형 주름이 발생하기 쉽습니다. 흐름 채널은 전반적인 성능에 영향을 미칩니다.
빔 용접으로 인한 액체 냉각 러너 캐비티 벽의 열 균열 결함
3-용접 열변형 제어방법
a.단면용접, 양면용접
상대적으로 강도 요구 사항이 낮은 부품의 경우 용접 공정이 여러 개의 작은 섹션으로 분해되어 용접의 변형을 줄이기 위해 용접이 서로 상쇄됩니다. 동시에 용접 길이와 횟수를 최소화하고 용접의 과도한 집중이나 교차를 피하면 용접 온도 구배를 줄여 용접 변형을 줄일 수 있습니다. 바닥판, 바닥판, 측면 프레임 등 고강도 요구 사항이 있는 부품의 경우 양면 용접을 사용하여 강도를 높이고 더 큰 부품과 긴 용접 비드로 인해 발생하는 굽힘 변형을 줄입니다.
b.용접 순서 최적화
용접 변형을 제어하고, 덜 견고한 접합 형태를 사용하고, 양방향 및 3방향 교차 용접 위치를 피하고, 응력이 높은 영역을 피하십시오. 용접 순서를 최적화하고 강성이 약한 부분을 먼저 용접하고 강성이 더 좋은 부분을 마지막으로 용접합니다. 예를 들어 필렛 용접을 먼저 용접한 다음 짧은 용접을 용접하고 가로 용접을 먼저 용접한 다음 세로 용접을 수행합니다. 합리적인 용접 순서는 용접 변형을 효과적으로 제어하여 용접의 전체 크기를 제어할 수 있습니다.
c.용접 매개변수 조정
용접 매개 변수 및 프로세스를 제어하고 용접 속도, 용접 층 수 및 용접 이음매의 각 층 두께를 합리적으로 설정하십시오. 더 두꺼운 용접의 경우 다층 다채널 용접 방법이 사용됩니다. 각 용접 층의 두께는 4mm를 넘지 않습니다. 다층 용접은 구조적 미세 구조를 줄이고 접합 성능을 향상시킬 수 있습니다. 용접 매개변수를 정밀하게 제어하고 용접 전류, 전압, 전극 유형 및 용접 속도와 같은 매개변수를 합리적으로 선택하면 용융 풀의 일관된 모양과 크기를 보장하여 부적절한 매개변수 선택으로 인한 오류를 방지할 수 있습니다.
d.용접실력향상
용접공 작업(엄격한 요구 사항이 있는 대형 부품 또는 노드 가공)의 기술 수준을 향상시키고 용접 공정 중 동작의 일관성과 표준화를 보장하며 인적 요인으로 인한 치수 문제를 줄입니다.
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알루미늄 합금이 액체 냉각판 및 라디에이터의 첫 번째 선택 재료가 된 이유: 알루미늄 합금의 열전도 원리 분석
알루미늄 합금은 산업에서 가장 널리 사용되는 비철 금속 구조 재료이며, 특히 재료의 열 전도도가 매우 중요한 시나리오와 전자 장비 열 발산, 전기 자동차의 3대 전원 시스템의 열 방출, 배터리 에너지 저장 시스템과 같이 효율적인 열 전도가 필요한 상황에서 사용됩니다. 열 발산 및 항공우주 분야에서는 일반적으로 라디에이터, 열 전도판, 전자 부품과 같은 효율적인 열 전달 장비를 제조하는 데 사용됩니다.
열전도도라고도 불리는 열전도율은 재료의 열전도도를 나타내는 매개변수 지수이며 단위 시간, 단위 면적 및 음의 온도 구배를 나타냅니다. 단위는 W/m·K 또는 W/m· ℃입니다.알루미늄합금은 알루미늄과 기타 금속을 혼합한 합금재료로 열전도율이 매우 우수하며, 일반적으로 열전도계수는 140~200W/(m·K)로 지각에서 가장 많이 함유되어 있는 금속입니다. 알루미늄은 열전도율이 상대적으로 낮고 높이가 높으며 밀도가 낮고 가격이 저렴하기 때문에 선호됩니다.
1-알루미늄 합금 소재의 열전도 원리
물질의 인접한 부분 사이에 온도차가 있으면 접촉부를 통해 열이 고온부에서 저온부로 흘러 열전도가 발생합니다. 금속 재료에는 많은 수의 자유 전자가 있으며, 자유 전자는 금속 내에서 빠르게 이동할 수 있으며 열을 빠르게 전달할 수 있습니다. 격자 진동은 금속 열 전달의 또 다른 방법이지만 자유 전자 전달 상태에 부차적입니다.
금속과 비금속의 열전도 방식 비교
2-알루미늄 합금의 열전도율에 영향을 미치는 요인
a.합금은 열전도율에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나입니다. 합금원소는 고용원자, 석출상, 중간상의 형태로 존재하며, 이러한 형태는 공석, 전위, 격자왜곡 등의 결정결함을 가져오며, 이러한 결함은 전자 산란의 가능성을 증가시켜 그 수를 감소시킵니다. 자유 전자의 감소로 인해 합금의 열전도도가 감소합니다. 서로 다른 합금 원소는 Al 매트릭스에 서로 다른 정도의 격자 왜곡을 생성하고 열전도도에 서로 다른 영향을 미칩니다. 이러한 차이는 합금 원소의 원자가, 원자 부피 차이, 핵외 전자 배열 및 응고 반응 유형과 같은 여러 요인의 결과입니다.
b.열처리는 알루미늄 합금 가공에서 매우 중요한 단계입니다. 알루미늄 합금의 미세 구조와 상 변형을 변경하면 열전도율이 크게 영향을 받을 수 있습니다. 고용체 처리는 알루미늄 합금을 특정 온도로 가열하여 매트릭스의 용질 원자를 완전히 용해시킨 다음 빠르게 냉각하여 균일한 고용체를 얻는 것입니다. 이 처리는 재료의 기계적 특성을 향상시키지만 일반적으로 열전도도를 감소시킵니다. 시효 처리는 고용 처리 후 적절한 냉간 변형과 재가열을 통해 이루어지며, 이는 합금의 미세 구조를 최적화하고 전반적인 성능을 향상시킬 수 있습니다. 시효 처리는 합금의 기계적 특성과 열전도율을 고려하여 합금이 높은 강도를 유지하는 동시에 우수한 열전도도를 갖도록 합니다. 어닐링은 합금의 두 번째 상을 침전시키고 재분배시키기 위해 합금을 더 낮은 온도에서 유지함으로써 합금의 미세 구조를 개선합니다. 어닐링 처리는 알루미늄 합금의 가소성과 인성을 향상시킬 수 있지만 열전도율에 미치는 영향은 특정 상황에 따라 다릅니다.
노화 과정에서 Al-Cu 합금의 결정 구조 변화에 대한 모식도
c.기타 요인，불순물 및 2차 상 입자에 영향을 미칩니다. 알루미늄 합금의 불순물 및 2차 상 입자(예: 산화물, 탄화물 등)는 뜨거운 캐리어(전자 및 포논)를 산란시켜 열전도도를 감소시킬 수 있습니다. 불순물 함량이 높을수록 두 번째 상 입자가 더 거칠어지고 일반적으로 열전도도가 낮아집니다. 알루미늄 합금의 입자 크기도 열전도도에 영향을 미칩니다. 일반적으로 결정립 크기가 작을수록 결정립계는 많아지고 열전도율은 낮아집니다. 또한, 알루미늄 합금의 가공 방법(예: 압연, 압출, 단조 등)은 미세 구조 및 잔류 응력 상태에 영향을 미쳐 열전도도에 영향을 미칩니다. 가공 경화 및 잔류 응력은 열전도도를 감소시킵니다.
요약하면, 알루미늄 합금은 알루미늄 합금의 합금 요소 유형 및 형태, 열처리 방법, 불순물, 입자 크기 및 성형 방법과 같은 요소가 모두 알루미늄의 열전도도에 영향을 미치는 높은 열전도율 재료에 이상적인 선택입니다. 합금 재료를 설계할 때 재료 구성 및 공정 계획을 종합적으로 고려해야 합니다.
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침지식 액냉 에너지 저장 Pack박스 구조 설계 요점
에너지 저장 침지 액냉기술은 선진적인 배터리 냉각 방법으로 액체의 고효율적인 열전도 특성을 이용하여 배터리를 빠르고 직접적이며 충분히 냉각시켜 안전하고 고효율적인 환경에서 배터리 작동을 보장한다. 기본 원리는 에너지 저장 배터리를 절연, 무독성 및 방열 능력이 있는 액체에 완전히 침지시키는 것이다. 이러한 기술은 액체를 배터리와 직접 접촉시켜 열교환을 함으로써 배터리가 충방전 과정에서 발생하는 열을 빠르게 흡수하고 이를 외부 순환 시스템으로 방출하여 냉각시키는 기술이다.
단일 침지식 액냉 에너지 저장 시스템 원리 안내도
침지식 액냉 에너지 저장 Pack 박스는 배터리 팩의 운반 및 적절한 환경에서 배터리 셀의 작동을 보장하는 핵심 구성 요소로서 주로 배터리 팩 및 냉각수 운반, 안전 보호, 전도 및 열교환 기능을 담당한다. 따라서 시스템의 효율적이고 안전하며 신뢰할 수 있는 작동을 보장하기 위해 박스 구조 설계에서 기밀성, 냉각 효율, 안전성, 재료 선택 및 가공 공정 등 다방면을 종합적으로 고려해야 한다. 박스 구조 설계는 전체 액냉 시스템의 기초이다.
1-균일한 하중 수용력
침지형 액체 냉각 에너지 저장 팩의 하부 상자는 바닥판과 측면판으로 구성됩니다. 바닥판은 기본 지지대 역할을 하고 측면판은 바닥판 주위에 고정되어 상자의 주요 프레임을 형성합니다. 상자의 크기는 액체 냉각 시스템의 전반적인 요구 사항과 부하 조건을 고려하여 조정해야 합니다. 대형 상자의 설계에서는 내부 파티션 또는 지지 구조를 합리적으로 설정하여 큰 공간을 여러 개의 작은 공간으로 나눌 수 있습니다. 균일한 하중 지지 용량을 개선하기 위해 힘을 가합니다. 내부 구조에서는 지지 리브와 보강 리브를 추가하여 국부 하중 지지 용량을 개선할 수 있으며, 상자 내부에 하중 공유 구조를 설정하여 각 모서리의 하중을 균형 있게 조정할 수도 있습니다.
또한 균일한 하중 수용력에 대한 소성 변형의 영향을 줄이기 위해 높낮이가 다른 가공면을 동일한 평면으로 설계하여 공작기계 조정 횟수를 줄이고 높이 차이로 인한 변형을 피할 수 있다. 또 박스의 폭이나 높이를 증가시켜 하중을 분산시키고 변형을 줄일 수도 있다.
그 외에 액냉 러너와 박스 바닥판의 일체화 설계는 교반 마찰 용접 또는 레이저 용접을 통해 접합을 완성할 수 있는데 이러한 설계는 전체 구조적 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
단일 침지식 액냉 에너지 저장 Pack 하부박스 구조 안내도
2-열교환 설계
열 전도 능력은 침지식 액냉 에너지 저장 기술의 중요한 부분으로 그 설계 목표는 고온 환경에서 배터리가 효과적으로 열을 방출할 수 있도록 하여 성능과 안전성을 유지하는 것이다.
박스의 재료는 열전도 성능이 높아야 한다. 일반적으로 사용되는 재료는 알루미늄 합금, 구리, 알루미늄 기반 복합 재료이다. 박스 설계는 또한 환경 온도 변화의 영향을 고려해야 하며 적절한 두께의 보온층은 박스 내부 온도가 비교적 일정한 범위 내에서 유지되도록 하여 시스템의 전체 효율성을 향상시킬 수 있다.
박스의 구조 설계는 열전도 능력에 직접적인 영향을 미친다. 합리적으로 러너를 배치하고 박스 내부에서의 원활한 액체 흐름을 보장하며 접촉 면적을 최대한 증가하는 것이 박스의 열전도 능력을 향상시키는 주요 방법이다. 박스 내부에 여러 개의 러너를 설치하여 냉각수의 순환 경로를 증가시켜 방열 효과를 높일 수 있다.
방안 1 풀 침지+단일+판 교환 방안2 풀 침지+단일+박스 교환
액냉 시스템에는 냉각 매체, 열전도 구조, 액냉 파이프라인과 지지 구조가 포함된다.
방안 1에서 동일한 또는 다른 유형의 냉각수를 선택하여 액냉판 러너 챔버와 박스의 빈 챔버에 각각 채울 수 있으며, 두 챔버는 모두 밀봉되고 서로 연결되어 있지 않는다. 박스의 빈 챔버에서 배터리 모듈이 냉각수에 완전히 잠겨 충분히 접촉되어 있고 냉각이 흐르지 않으며, 액체의 열전도성이 좋은 특성을 이용하여 배터리 표면의 열을 흡수하고 온도 상승을 낮춘다. 액냉판에서 냉각수는 급수 헤더에서 여러 개의 러너로 나뉘고 병렬로 액냉판으로 들어간 다음 배수 헤더에서 합류하여 흘러나오며, 주로 열을 밖으로 내보내 열을 방출하는 역할을 한다.
방안 2에서 온도가 낮은 냉각수가 아래 또는 측면으로부터 유입되고 온도가 높은 것은 위에서 유출되어 냉각수가 배터리 팩 내에서 순환하여 흐르므로 열을 효과적으로 균일하게 분배하고 전체적인 냉각 효율을 높이며 배터리 셀 또는 배터리 팩 온도의 일관성을 유지할 수 있다.
냉각 효과를 더욱 향상시키기 위해 액체 흐름과 순환 방식을 최적화하고 열 용량이 높은 냉각수를 선택하며 액체의 온도 분포를 개선하는 등 다양한 최적화 조치를 취할 수 있다. 이러한 조치는 열의 축적과 에너지 손실을 줄이고 배터리가 효율적인 냉각 상태에서 작동하도록 보장할 수 있다.
3-밀봉 설계
액냉식 pack박스의 경우, 선진적인 밀봉 재료와 구조 사용을 통해 완전 밀봉 설계를 할 수 있다. 밀봉 설계는 기밀성뿐만 아니라 액체 매체의 밀봉도 고려하여 배터리 셀이 모든 방향에서 누출 현상이 없도록 해야 한다.
설계는 구체적인 적용 요구 사항에 따라 적절한 밀봉 형식과 형태를 선택해야 한다. 또한 씰의 누출 자유도, 내마모성, 매체와 온도 호환성, 낮은 마찰 등 요인도 고려해야 하며, 세부 사양에 따라 적절한 밀봉 유형과 재료를 선택해야 한다.
또한 용접 공정의 선택도 밀봉 성능에 큰 영향을 미친다. 다양한 재료와 두께에 대해 적절한 용접 방법을 선택하면 용접 품질을 효과적으로 향상시켜 시스템의 전체 강도와 밀봉성을 보장할 수 있다.
단일 침지식 액냉 에너지 저장 Pack 하부박스 완제품 안내도
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액냉판 제조 과정에서의 러너 오염 위험 및 청결 제어 기술
각종 전자 전력 제품의 출력 밀도와 발열량이 지속적으로 증가함에 따라 방열은 점점 더 심각한 도전에 직면해 있다. 액냉 방안은 고효율적인 방열 성능, 저에너지 소비, 저소음과 높은 신뢰성 등 장점으로 인해 점차 주류 솔루션이 되고 있다.
액냉방안은 액냉판을 배터리 팩(기타 열원)에 부착하고 내부 순환 냉각제를 사용하여 열원의 작동으로 발생하는 열을 제거하며, 이 부분의 열은 하나 또는 여러 개의 냉각 회로를 통해 열교환을 함으로써 최종적으로 에너지 저장 시스템의 열을 외부 환경으로 방출한다.
액냉방안의 핵심 구성 요소인 액냉판은 고효율적인 방열 구성 요소로서 주요 기능은 냉각액 순환을 통해 배터리(기타 열원)의 작동에서 발생하는 열을 제거하여 장비가 안전한 작동 온도 범위 내에서 작동하도록 유지하는 것이다. 액냉판의 러너가 깨끗하지 않으면 냉각수의 흐름 균일성에 영향을 미치며, 입자가 큰 이물질이 있을 경우 냉각수가 막히거나 흐름이 원활하지 않아 열이 효과적으로 전달되지 못하여 전자기기의 방열 효율과 전반적인 성능에 영향을 미친다.
또한 러너에 불순물이 남아 있으면 금속 벽면의 산화 보호막이 파괴되어 액냉판에 부식 또는 침식을 일으킬 수 있다. 그 외에 러너 내부의 불순물은 구성 요소의 접촉 불량을 유발하여 씰이 노후되거나 손상되어 누출 위험이 증가하고 시스템의 장기적이고 안정적인 작동에 영향을 미칠 수 있다.
1-액냉판 러너 청결도 요구 사항
현재의 에너지 저장 액냉박스 방안은 일반적으로 수로에 이물질, 알루미늄 부스러기, 기름 오염 및 액체가 없어야 한다. 소수의 방안에서 불순물에 대한 구체적인 질량, 경질의 입자 및 연질의 입자 크기에 대한 명확한 요구가 있을 수 있다.
2-액냉판 제조 과정에서 러너 오염 위험이 큰 공정 절차
액냉판류 부재의 가공 제조 과정에서 내부 러너와 냉각 인터페이스 구조의 가공 제조 과정은 재단, 러너 깎기가 포함되는데 이때 기름때, 절삭 냉각수, 기계가공 절삭 부스러기 등의 이물질이 러너에 쉽게 들어갈 수 있다. 또한 절삭 가공 부위가 러너 입구에 있어 보호가 어렵고 절삭 부스러기가 들어간 후에 제거하기가 매우 어렵다.
액냉판 러너판 가공이 완료된 후 용접을 통해 스트립, 워터노즐 등 구성 요소를 폐쇄된 러너로 가공하며 러너 구조는 일반적으로 비선형 구조이고 세척 사각 지대가 있다.
액냉판 용접 후 기계 가공 과정에서 다량의 절삭 냉각액을 이용하여 커터, 공작물을 냉각해야 하는 동시에 다량의 금속 부스러기가 생성된다. 이 공정 절차에서 냉각수, 부스러기 등 오염 물질이 쉽게 유입되며 부스러기가 들어간 후 완전히 제거하기 어려워 러너 오염의 고위험 공정 절차이기도 한다.
3-액냉판 러너 세척과 보호
액냉판 구성 요소의 신뢰성과 성능을 보장하기 위해 일반적으로 엄격한 세척 작업이 수행된다. 세척 시 고압 물총을 사용하여 액냉판 내부의 러너를 세척함으로써 존재 가능한 잔류물, 입자 또는 기타 불순물을 제거한다. 세척 후 액냉판 구성 요소는 러너에 수분 잔류가 없도록 건조시켜야 한다.
액냉판 등 액냉 부품은 제조 과정에서 보호를 잘 하지 않을 경우 쉽게 오염된다. 예를 들어 액냉판 기계 가공 중 금속 절단 부스러기, 기름때, 절삭 냉각수 등 오염이 생길 수 있다. 또한 액냉판 제품의 회전 과정에서도 이물질이 쉽게 들어갈 수 있다. 일반적으로 방진 스티커, 워터노즐 고무 커버 등과 같은 러너 입구 보호를 미리 고려한다.
따라서 액냉판 내부의 러너 세척은 러너 오염을 제거하고 러너 청결도를 향상시키는 데 필요한 조치이다. 생산 실천 과정에서 전체 프로세스의 예방 및 통제를 수행해야 한다. 이를 기반으로 구체적인 구성 요소 및 공정 과정에서 오염 제어 조치를 취해야만 액냉판 러너 내부의 오염을 효과적으로 제어할 수 있다.
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배터리 에너지 저장용 하부박스 맞대기용접 공정 설계
배터리 에너지 저장용 배터리 박스는 에너지 저장 시스템에서 중요한 역할을 한다. 그의 중요한 기능에는 하중 보호, 열 전달 및 온도 균일화, 전기 설치와 방수 밀봉이 포함된다. 배터리의 에너지 밀도에 대한 요구가 점점 높아지고 있는데 알루미늄 합금 재료는 더 높은 열전도 성능과 비교적 낮은 밀도로 인해 알루미늄 합금 재료의 사용은 배터리 시스템의 효율성을 향상시키는 효과적인 솔루션이 되었다.
러너와 박스 측벽의 일체화 성형 설계를 채택하여 주요 하중 지지 부위의 용접 작업을 줄임으로써 전체 구조적 강도를 향상시킬 수 있고, 정적 하중, 리프팅 및 무작위 진동과 같은 다양한 조건에서 구조적 안전과 안정성을 유지할 수 있으며 박스의 기밀성을 어느 정도 개선할 수 있다.
또한 일체화 설계는 부품 수를 감소하고 박스 무게를 줄이는 데 도움이 되며, 압출 성형 공정으로 제조되어 다이 싱킹 비용이 낮고 가공이 편리하고 또 수정하기가 쉬워 다양한 로트의 유연성에 대한 요구를 충족할 수 있다.
1-알루미늄 압출 맞대기용접 에너지 저장용 하부박스의 주요 유형
에너지 저장용 액냉식 하부박스의 너비는 일반적으로790-810mm , 높이는40-240mm 로 평판형과 플랜지형으로 구분되며(아래 그림 참조), 액냉식 하부박스의 길이는 에너지 저장 제품의 용량 등 요인과 관련이 있고, 일반적인 방안에는48s, 52s, 104s 등 다양한 규격이 있다.
평판형 액냉식 하부박스
플랜지형 액냉식 하부박스
2-알루미늄 압출 맞대기용접 에너지 저장용 하부박스의 구조 형식
액냉식 하부박스는 전체 배터리 팩의 기본 구조로서 러너가 있는 바닥판, 스트립, 워터노즐, 테두리, 빔, 브래킷, 리프팅 고리 등 부품이 맞대기용접으로 구성된 직사각형 프레임 구조로 모든 부품은 알루미늄 합금 재질이다.
액냉식 하부박스 부품 조립 안내도
액냉식 하부박스는 충분한 하중 지지력과 구조적 강도가 있어야 하는데, 이는 실제 응용 분야에서의 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해 용접 공정, 용접부 레벨 제어 및 용접 기술 등 용접 품질에 대한 더 높은 요구를 제출하고 있다.
액냉 기술은 하부박스의 기밀성과 액냉 러너의 기밀성을 포함한 액냉식 하부박스의 기밀성에 대해 높은 요구를 제출하고 있다. 또한 액냉 러너는 냉각수 흐름 압력을 견뎌야 하므로 액냉 러너에 대한 기밀성 요구가 더 높다.
3-용접 품질에 대한 요구
일반적으로 액냉식 바닥판은 교반 마찰 용접을 해야 하며, 평판형 액냉식 하부박스의 플러그에 대해서도 교반 마찰 용접을 채택해야 한다. 보통 교반 마찰 용접부의 함몰은 0.5 이하이며, 탈락되거나 진동 조건하에서 금속 이물질이 떨어지는 현상이 있어서는 안된다.
액냉 러너, 테두리, 워터노즐, 리프팅 고리, 빔, 부품 등은 대부분 TIG 용접 또는 CMT 용접을 채택한다. 각기 다른 구성 요소의 성능 요구 차이를 고려하여 액냉 러너, 테두리, 워터노즐, 리프팅 고리 등은 모두 풀용접을 채택하고 빔, 부품 등은 세그먼트 용접을 한다. 전면 및 후면 배터리 모듈 빔 영역의 평면도 단일 모듈은 <1.5mm, 전체 평면도는 <2mm, 테두리 평면도, 단일 테두리 길이가 500씩 증가할 때마다 ±0.5를 한다.
용접부 표면에는 균열, 요구대로 용접되지 않은 부분, 용융되지 않은 부분, 표면 기공, 노출된 슬래그, 풀용접되지 않은 부분 등의 결함이 없어야 한다. 일반적으로 워터노즐 용접부의 높이는 ≤6mm이어야 하고 다른 위치의 용접부는 박스의 아래쪽 표면을 초과하지 않아야 하며 전면 및 후면 모듈 빔의 내부 용접부는 내부 측면보다 돌출되어서는 안된다.
용접부의 용융 깊이는 관련 표준 요구 사항을 충족해야 한다. 아크 용접 이음매는 인장강도가 모재 인장강도의 최저치의 60% 이상이어야 하며, 레이저 용접과 교반 마찰 용접 이음매는 인장강도가 모재 인장강도의 최저치의 70% 이상이어야 한다.
또한 하부박스의 용접은 반드시 기밀성 IP67의 표준도 충족해야 하므로 용접 후 처리의 경우 일반적으로 전면 및 후면 모듈 빔 영역의 용접 슬래그, 용접부를 평평하게 연마해야 한다. 팔레트의 외부 용접에 대해 연마를 해서는 안되며, 밀봉된 표면의 용접부에 대해서는 테두리와 큰 높이 차이가 없도록 평평하게 연마해야 한다.
표: 에너지 저장 형재 맞대기용접 액냉식 하부박스의 공정 모델 선택 및 대표적인 적용
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사각핀 라디에이터 설계
라디에이터의 기능은 일정한 부피의 공간에서 더 높은 열전달 면적을 얻고 구조적 형태를 개선하여 표면에서 주변 유체까지의 열전달 효율을 높이고 표면 처리 등 방법을 구현하여 효과적인 열전달 면적을 증가시킴으로써 방열 강화, 온도 제어 목표를 달성하는 것이다.
부피 출력 밀도, 열 흐름 밀도 요구 사항이 낮은 응용 시나리오에서 사각핀 열 침전은 간단한 구조, 합리적인 제조 비용과 양호한 방열 성능 등 특징이 있어 엔지니어들의 각광을 받고 있다.
Comparision of different heat transfer methods
1-라디에이터 핀 설계
라디에이터는 주로 방열 확장 표면으로 주로 핀의 높이, 형태, 간격 및 기판 두께 등 매개변수를 중심으로 전개된다.
Plate fin heat sink dimensions
위의 그림에 따라 라디에이터의 확장 면적을 계산할 수 있다.
단일 핀의 면적:Af = 2L（h+t/2），
간극부위 면적:Ab=Lh,
방열 부분의 총 면적: At=nAf+(n±1) Ab(n은 핀의 수이다)
Fin sectional view
방열판의 주요 작용은 표면적을 증가시켜 열 전달 효율을 높이는 것이다. 라디에이터 핀의 간격, 두께와 높이는 라디에이터 핀의 수, 분포 및 전개 면적을 결정하는 중요한 요소이다. 위의 그림과 같이 h↑ 또는 t↓일 때 핀은 더 높고 얇고 더 조밀하여 더 큰 방열 확장 면적을 얻을 수 있다.
방열핀의 표면적이 커지면 공기와의 접촉 면적도 그에 따라 증가하여 열이 더 쉽게 방출된다. 엔지니어는 또 물결무늬 모양, 톱니 모양 등과 같이 핀의 모양을 최적화하는 방식을 통해 라디에이터의 확장 면적을 더욱 늘릴 수 있다.
방열핀의 표면적이 클수록 방열효과가 좋지만, 방열핀이 클수록 좋다고 볼 수는 없다. 자연 방열을 사용하든 강제 냉각을 사용하든 라디에이터 핀 사이의 간격은 표면을 흐르는 공기의 열교환 계수를 결정하는 중요한 요소이다.
The impact of Fin spacing and height on heat dissipation efficiency
자연 방열의 경우, 라디에이터 벽면은 표면의 온도변화로 인해 자연 대류를 일으켜 핀 벽면의 공기층(경계층)을 흐르게 되며, 핀 간격이 너무 작으면 자연 대류의 원활한 흐름을 방해한다. 강제 냉각의 경우, 핀 경계층의 두께가 압축되어 핀 사이의 간격이 상대적으로 좁아질 수는 있지만 가공 수단과 동력 요소의 구동력의 영향을 받아 너무 작아지지는 않으므로 실제 설계에서 핀의 두께와 높이의 균형은 매우 중요하다.
2-라디에이터 기판 설계
기판의 두께는 라디에이터의 효율에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 라디에이터 기판이 얇으면 열원에서 멀리 떨어진 핀에 전달되는 열 저항이 더 커서 라디에이터의 온도 분포가 고르지 않고 열 충격에 대한 저항력이 약해진다.
기판 두께를 증가시키면 온도 불균형의 문제를 개선할 수 있고 라디에이터의 열 충격 저항력을 향상시킬 수 있다. 하지만 너무 두꺼운 기판은 열이 축적되어 오히려 열전도 능력을 감소시킨다.
Heatsink working principle diagrammatic sketch
위 그림과 같이:
열원의 면적이 바닥판의 면적보다 작을 경우, 열은 중심에서 가장자리로 확산되어 확산 열 저항을 형성한다. 열원의 위치는 또한 확산 열 저항에도 영향을 미친다. 열원이 라디에이터 가장자리에 가까우면 가장자리를 통해 열이 더 쉽게 전달되어 확산 열 저항이 감소한다.
주: 확산 열 저항은 라디에이터 설계에서 열이 열원의 중심에서 가장자리로 확산되는 과정에서 발생하는 저항을 말한다. 이러한 현상은 일반적으로 열원의 면적이 바닥판의 면적과 크게 다를 때 발생하며, 열은 작은 영역에서 큰 영역으로 확산된다.
3-핀과 기판의 접합 공정
라디에이터 핀과 기판의 접합 공정은 일반적으로 양자 사이의 양호한 열 전도와 기계적 안정성을 보장하기 위해 여러 가지 방법이 있는데 주로 크게 일체 성형과 비일체 성형의 두 가지 범주로 나눈다.
일체 성형의 라디에이터는 라디에이터 핀과 라디에이터 기판이 일체화되어 있어 접촉 열 저항이 없다. 주로 다음과 같은 몇 가지 공정이 있다.
l 알루미늄 다이캐스팅 성형: 알루미늄 잉곳을 녹여 액상으로 만든 후 고압으로 금속 몰드에 충진하고 다이캐스팅기를 통해 직접 다이캐스팅 성형하여 라디에이터를 만들며 복잡한 모양의 라디에이터 핀을 제작할 수 있다.
l 알루미늄 압출 성형: 알루미늄 재료를 가열한 후 알루미늄 재료를 압출 실린더에 넣고 특정 압력을 가하여 특정 다이 구멍에서 흘러나오도록 하여 필요한 단면 모양과 크기의 블랭크를 얻은 다음 절단, 정밀 가공 등 추가 가공을 거친다.
l 냉간 단조 처리의 장점은 세밀한 라디에이터 핀으로 제작할 수 있어 재료의 열전도율이 높지만 비용이 상대적으로 높으며 이형 처리 능력이 알루미늄 압출보다 우수하다.
l 릴리빙 라디에이터 재질은 구리일 수 있다. 열전도율이 높고 핀이 매우 세밀하며, 핀을 기판에서 직접 커터로 삽질할 수 있어 핀의 높이가 높고 길이가 길면 응력의 영향을 받아 핀이 변형되기 쉽다.
비일체 성형, 라디에이터 핀과 라디에이터 기판을 별도로 가공한 다음 라디에이터 핀을 용접, 리벳팅, 접착 등 공정을 통해 접합시킨다. 주로 다음과 같은 몇 가지 공정이 있다.
l 용접식: 핀과 기판을 금속 접합제를 이용하여 용접으로 연결시키며 고온 납땜과 저온 솔더페이스트 용접이 있다.
용접 열전달 성능이 우수하다. 솔더페이스트로 Al 기판과 핀을 용접하려면 먼저 니켈 도금이 필요한데 이는 비용이 많이 들어 대형 라디에이터에는 적합하지 않는다. 납땜은 니켈 도금이 필요하지 않지만 용접 비용이 여전히 높다.
l 리벳팅식: 핀을 기판의 홈에 삽입한 후 몰드를 통해 홈을 중앙으로 압출하여 핀을 단단히 감싸서 굳게 결합된다.
리벳팅식의 장점은 열전달 성능이 우수하다. 하지만 리벳팅된 제품은 반복 사용 후 틈새 및 헐거움의 위험이 있다. 리벳팅 공정을 개선하여 신뢰성을 높일 수 있지만 그에 따라 비용이 증가하므로 리벳팅식의 탭 라디에이터는 신뢰성 요구가 높지 않은 경우에 많이 사용된다.
l 접착식: 일반적으로 열전도성 에폭시 수지를 사용하여 핀과 기판을 단단히 접착하여 열 전도를 실현한다.
접착식은 열전도성 에폭시 수지를 사용하여 용접에 비해 열전도율이 훨씬 낮지만 FIN이 높은 고배율, 작은 간격의 라디에이터에 적합하다. 방열 성능에 대한 요구가 높지 않은 시나리오에서 사용할 수 있다.
당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다
Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다
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응용 시나리오
근무 조건:높은 열유속 시나리오
설치 레이아웃:단면 설치
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 좋은 방열 효과
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유체 시뮬레이션
모의 소프트웨어를 사용하여 방열판과 냉각판의 열 방출 성능 분석
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응용 시나리오
기술：알루미늄 프로파일 재단사 용접
레이아웃 및 설치:하단 액체 냉각
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 가벼운 무게, 좋은 냉각 효과
배터리 액체 냉각
액체 냉각 시스템에서는 냉각판이 배터리 바닥에 직접 배치되거나 셀 사이의 틈에 삽입됩니다.냉각액은 순환한 후 열교환기를 통해 냉각되어 시스템으로 다시 순환됩니다.
압출 알루미늄 합금 배터리 트레이
알루미늄 합금 배터리 팩 쉘은 주로 알루미늄 합금 프로파일 프레임과 알루미늄 합금 프로파일 바닥 플레이트로 구성되며 6 시리즈 압출 프로파일을 사용하여 용접됩니다.용접 강도와 밀봉을 보장하기 위해 응력이 낮고 변형이 작은 마찰 교반 용접이 자주 사용됩니다. 알루미늄 합금 프로파일에 적합한 표준 부품에는 일반적으로 와이어 스레드 슬리브, 블라인드 리벳 너트 및 압력 리벳 너트가 포함됩니다.표준 부품을 제외한 나머지 부분은 100% 알루미늄 합금으로 만들어졌습니다. 쉘은 강도가 높고 무게가 가벼우며 내식성이 좋습니다.
신에너지 자동차(EV)
신에너지 자동차는 비전통적인 자동차 연료를 동력원으로 사용(또는 기존의 자동차 연료와 새로운 차량 탑재 동력 장치를 사용)하고, 차량 출력 제어 및 운전에 첨단 기술을 통합하며, 새로운 기술과 새로운 구조로 첨단 기술 원리를 공식화하는 자동차를 말합니다.
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DFM 최적화 제안
생산 과정에서 발생할 수 있는 잠재적인 오류와 결함을 줄여 제품이 설계 요구 사항을 충족하는 품질 기준을 보장합니다.
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응용 시나리오
근무 조건:높은 열유속 시나리오
설치 레이아웃:단면 설치
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 좋은 방열 효과
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응용 시나리오
기술：알루미늄 프로파일 재단사 용접
레이아웃 및 설치:하단 액체 냉각
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 가벼운 무게, 좋은 냉각 효과
기술 및 비즈니스 동향
청정 에너지 사용:
기후, 환경, 자원, 에너지는 국가경제 및 국민생활과 밀접한 관련이 있습니다.이러한 관련 문제를 잘 처리하는 것이 인류 사회가 지속 가능하게 발전할 수 있는지 여부를 결정합니다.에너지 부족과 환경 오염의 압력 하에서 에너지 저장 배터리 자동차와 연료 전지의 두 가지 기술 경로는 신에너지 자동차 산업의 주요 발전 방향이 되었습니다.
자동차 경량:
에너지 소비의 75%가 차량 중량과 관련되어 있다는 점을 고려할 때, 경량화는 신에너지 차량의 에너지 절약, 소비 감소, 주행 거리 연장을 위한 중요한 기술적 수단입니다. 경량 설계는 차량 에너지 소비를 줄이는 핵심 추진 요소 중 하나입니다.새로운 경량 소재의 사용, 구조 최적화 및 공정 개선은 차량 경량화를 달성하는 핵심 경로입니다.
열 관리:
에너지 저장 전기 자동차의 경우 열 관리는 빠른 충전을 달성하고 주행 거리를 늘리는 핵심 기술이 될 것입니다.수소연료전지차의 경우, 물과 열 관리는 연료전지 동력시스템 연구개발의 핵심 핵심 기술로, 이는 차량 동력시스템의 성능, 안전성, 수명에 결정적인 영향을 미칩니다.
칩 냉각
일반적으로 외부 공기가 히트 싱크로 사용되며, 다양한 매질과 인터페이스를 통해 칩 작동 중 발생한 열이 방열기로 전달되어 방열됩니다.
올인원 파워트레인 하우징
고도의 통합을 통해 전기 구동 시스템의 비용과 무게를 줄였습니다. 국내외 주요 자동차 회사에서는 3-in-1, 4-in-1, 6-in 등 다양한 통합 형태의 전기 구동 시스템을 보유하고 있습니다. -일대일, 일대일일, 일대일팔 등.신에너지 차량 파워트레인 분야에서 Maitai는 전자 제어 장치, 모터, 차량 컨트롤러, 감속 기어박스 및 충전 제품을 통합하는 신에너지 차량 구동 조립 구조 부품을 개발 및 제조합니다.
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제품 테스트
우리는 고객의 요구를 충족시키기 위해 맞춤형 테스트 프로그램을 제공합니다.
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응용 시나리오
근무 조건:높은 열유속 시나리오
설치 레이아웃:단면 설치
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 좋은 방열 효과
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응용 시나리오
기술：알루미늄 프로파일 재단사 용접
레이아웃 및 설치:하단 액체 냉각
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 가벼운 무게, 좋은 냉각 효과
전자 제어 방열판
IGBT는 신에너지 자동차 구동모터의 핵심부품으로 차량 전기구동의 효율성과 출력밀도, 신뢰성을 좌우하는 핵심 부품으로 '자동차의 심장'이라 할 수 있다.신에너지 자동차의 전자 제어 시스템의 주요 가열 장치는 인버터이며, 그 기능은 배터리의 DC 전원을 모터를 구동할 수 있는 AC 전원으로 변환하는 것입니다.이 과정에서 인버터의 IBGT는 많은 양의 열을 발생시키며, 열 안정성은 전기 구동 시스템의 성능을 평가하는 데 핵심이 됩니다.
수소연료전지차 냉각시스템 개요
종이 개요:양성자 교환막 연료전지(PEMFC)라고도 알려진 수소 연료전지는 고효율, 배출가스 제로, 오염 제로라는 장점으로 인해 전기자동차 충전소, 자동차 및 기타 발전 시설에 널리 사용됩니다.수소연료전지차는 운행 중 기존 연료전지차에 비해 3~5배 더 많은 열을 방출한다.본 글에서는 수소연료전지의 방열 관련 최신 기술을 간략하게 소개한다.
1-수소 연료전지의 작동 원리
수소 연료전지는 작동 중에 많은 열을 방출하며, 그 중 전기화학 반응 열이 약 55%, 비가역 전기화학 반응 열이 약 35%, 쥴 열이 약 10%, 응축 열 및 기타 다양한 열 손실이 약 5%를 차지합니다.수소 연료전지가 생성하는 열량은 그들이 생성하는 전기 에너지와 거의 같습니다.시간 내에 방전되지 않으면 배터리 내부 온도가 크게 상승하여 수명에 영향을 미칩니다.
PEM 반응 원리
2-수소 연료 전지 냉각
연료 구동 자동차에 비해 수소 연료 전지 자동차는 더 높은 발열량과 더 복잡한 시스템을 가지고 있습니다.동시에 수소 연료 전지의 작동 온도 제한으로 인해 수소 연료 전지와 외부의 온도 차이가 적어 냉각 시스템의 열 방출이 더욱 어렵습니다.수소 연료 전지의 작동 온도는 유체 흐름 저항, 촉매 활성, 스택 효율 및 안정성에 큰 영향을 미치므로 효율적인 냉각 시스템이 필요합니다.
액체 냉각 기술은 현재 수소 연료 전지가 자동차에 적용되는 주요 기술입니다.시스템 압력 강하를 줄여서 워터 펌프의 전력 소비를 낮추고, 최소한의 전력 소비로 수소 연료 전지에서 과도한 열을 제거하며, 순환 작동 유체의 흐름 분포를 최적화하여 내부 온도 차이를 줄이고 연료 전지의 온도 분포 균일성을 향상시키는 것을 목표로 합니다.
수소 연료 전지에서 발생하는 열의 90%는 열전도와 대류를 통해 냉각 시스템에 의해 제거되며, 나머지 10%의 열은 복사를 통해 외부 환경으로 분산됩니다.전통적인 냉각 방식에는 공기 냉각, 액체 냉각, 그리고 상변화 냉각이 포함됩니다.
3-PEMFC 시스템의 열전달
3.1배터리 스택 냉각
PEMFC 내부에서 발생한 열은 PEMFC 내부의 다양한 구성 요소와 외부 환경 간에 전달됩니다. 연료 전지 스택 내부의 열 전달은 각 부품의 열 저항과 부품 간의 접촉 열 저항에 주로 의존합니다. 기체 확산층은 주요 발열 부품(막 전극)과 주요 열 방출 부품(양극판)을 연결하는 "다리" 역할을 하기 때문에, 이 열 저항과 다른 부품과의 접촉 열 저항의 크기는 PEMFC 내부의 열 전달 성능에 중요한 영향을 미칩니다.또한, 서로 다른 부품 간의 접촉 열 저항은 연료 전지 스택의 내부 열 전달에 중대한 영향을 미칩니다.
3.2냉각수 열전달
연료 전지의 냉각 방법에는 공기 냉각, 액체 냉각, 상변화 냉각이 포함됩니다.
냉각제의 열 전달에 영향을 미치는 요소로는 PEMFC 스택의 끝단, 냉각제 자체, 및 열 교환기가 있습니다. 냉각제는 PEMFC 스택 끝단의 양극판과 직접 접촉하기 때문에 냉각제 흐름 경로의 구조가 열 전달에 중요한 영향을 미칩니다. 또한, 냉각제 자체의 특성도 관련 열 전달 과정에 영향을 미칩니다.사용 가능한 공간이 부족하다는 점을 고려할 때, 열용량이 더 큰 냉각제를 선택하면 열 교환기의 크기를 줄이고 PEMFC의 열 관리 성능을 향상시킬 수 있습니다. 따라서 새로운 고효율 냉각제에 대한 수요가 점점 더 뚜렷해지고 있습니다.
열 설계 및 경량화에 대한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하고 참고할 수 있도록 공유하겠습니다. Walmate에 관심을 가져주셔서 감사합니다.
배터리 플랫폼화와 배터리박스 개발
자동차 산업에서 비용 절감, 효율성 개선, 품질 보증을 보장하면서, 넓은 스팬, 빠른 반복, 풍부한 제품 라인과 같은 시장 수요에 대처하기 위해 제품 표준화-차량 플랫폼화는 의심할 여지 없이 좋은 전략입니다. 배터리 플랫폼화를 통해 동일한 배터리 팩 솔루션을 다른 모델에 맞게 매치하거나 동일한 유형의 배터리 셀과 유사한 구조로 구성된 배터리 팩 솔루션을 매치할 수 있습니다. 즉, 가능한 한 많은 부품을 표준화할 수 있어 개발 주기를 단축하고 비용을 절감하며 생산 라인을 간소화하고 생산 효율성을 개선할 수 있습니다.
첫 번째: 배터리 플랫폼화
배터리 플랫폼 솔루션은 제품의 전반적인 계획, 비용 절감 및 생산 용량 최적화에 도움이 됩니다. 차량 플랫폼의 배터리 플랫폼 전략에 따라 플랫폼의 각 모델 요구 사항의 교차점과 대역폭을 고려하고 가능한 한 적은 배터리와 배터리 솔루션을 사용하여 가능한 한 많은 모델과 호환되도록 해야 합니다. 순수 전기 프로젝트의 아키텍처 개발에서 통합 전원 배터리 팩을 합리적으로 배치하는 것이 중요합니다. 특정 작업 요소에는 전원 및 전원 성능 요구 사항, 충돌 안전, 레이아웃 위치 및 공간 등이 포함됩니다.
1-공간적 크기 경계 및 배터리 셀 표준화
l 사용 가능한 배터리 팩 위치
현재 주류 파워 배터리 레이아웃은 바닥 아래에 있으며, 앞 좌석 아래, 뒷 좌석 아래, 중간 채널, 발판 등이 있습니다. 이 레이아웃은 사용 가능한 면적을 극대화하고, 차량의 중심을 낮추고, 차량의 핸들링 안정성을 개선하고, 충돌력 전달 경로를 최적화할 수 있습니다.
그림 1: 전기 자동차 개발 중 배터리 팩 레이아웃
l 배터리 팩 공간 레이아웃의 진화
분할 배터리 팩: JAC 통웨이 시리즈와 같은 분할 배터리 팩 공간 레이아웃을 채택했습니다. 에너지 모듈은 두 개의 배터리 팩으로 구성되어 있으며, 하나는 원래 연료 탱크 위치에 배치되고 다른 하나는 예비 타이어가 보관되는 트렁크에 배치됩니다.
또한 엔지니어들은 연료 자동차의 원래 구조 내에서 사용 가능한 공간을 끊임없이 탐색하고 있으며, 그 결과 "工" (공), "T", "土" (투) 모양의 배터리 팩 레이아웃이 등장하게 되었습니다.
이러한 유형의 설계는 전통적인 연료 차량의 사소한 수정입니다. 공간이 매우 제한적이며, 적재할 수 있는 배터리 팩의 부피와 무게가 매우 제한되어 용량을 늘리기 어렵고 순항 범위가 높지 않습니다.
통합 배터리 팩: 이것은 새로운 제품 디자인 개념입니다. 전체 차량의 디자인은 핵심 구성 요소인 배터리 팩을 중심으로 이루어집니다. 배터리 팩은 모듈식으로 설계되었으며 차량 섀시에 평평하게 놓여 사용 가능한 공간을 극대화합니다.
l 배터리팩 설치 지점 레이아웃
배터리 팩의 합리적인 배치는 매우 중요하며, 설계의 제한 요인으로는 지상고, 통행성, 충돌 안전, 전력 요구 사항 및 기타 여러 측면이 있습니다.
그림 2: 배터리 팩 크기 설계 제약
차량 플랫폼은 플랫폼 내에서 각 차량 모델의 범주, 레벨 및 위치를 정의한 다음 차량의 크기와 휠베이스를 결정해야 합니다. 차량 레이아웃은 차량 공간에 따라 X, Y 및 Z 방향으로 배터리 팩의 크기 봉투를 분해합니다. 배터리는 차량의 주어진 봉투 내에 배치되어 차량의 다양한 시스템 간에 간섭이 없도록 해야 합니다. 자중 지수는 배터리 팩의 시스템 품질 요구 사항을 분해할 수 있습니다.
배터리 크기 측면에서, 파워 배터리 팩의 설계는 차량 공간 및 자중과 같은 엄격한 기준 지표를 피할 수 없으며, 이는 배터리 셀 설계에 대한 한계가 있음을 의미합니다. 이 한계에 의해 제약을 받으면 배터리 셀 크기는 특정 범위에 집중될 것입니다. 예를 들어, 정사각형 배터리 셀의 길이는 150-220mm, 너비는 20-80mm, 높이는 약 100mm입니다. 배터리 셀 크기 사양의 변화 추세는 차량 플랫폼화와 배터리 표준화 간의 보완 관계의 결과입니다.
그러나 다양한 자동차 제조업체의 배터리 플랫폼 전략, 차량 모델 및 표준화에 대한 이해가 다르기 때문에 현재 제품 솔루션에 상당한 차이가 있습니다. 예를 들어 BYD의 표준화 전략은 크기가 960*13.5(14)*90(102)mm로 고정되어 있고 단일 셀 전압이 3.2/3.3V인 블레이드 배터리를 완전히 대체하는 것입니다.
2- 내구성 경계 및 배터리 용량 솔루션 개발
전원 배터리는 차량이 주행할 수 있는 에너지를 제공합니다. 배터리 용량, 방전 깊이, 에너지 밀도는 사용 가능한 전력량에 영향을 미칩니다. 다양한 모델의 요구를 충족하기 위해 모델 간의 전력 소비 차이가 중요한 관심사가 되었습니다. 차량의 순항 범위는 전기 구동, 배터리, 자중, 풍저항, 기계적 저항, 저전압 전력 소비, 에너지 회수와 같은 요인의 영향을 받습니다. 전력 소비 차이가 큰 모델 간에 배터리 솔루션을 공유할 가능성은 약하므로 배터리 크기, 품질, 전력, 전력 성능 최적화를 포함한 개인화된 배터리 전력 솔루션을 개발하여 순항 성능 요구 사항을 충족해야 합니다.
차량 제조 플랫폼의 순수 전기 범위의 제약 하에서 배터리에 필요한 순 방전은 다양한 모델의 전력 소비에 영향을 받습니다. 플랫폼에서 각 모델의 전력 소비 분포를 확인하여 전력 소비 대역폭을 배터리 수요 분포로 추가로 변환한 다음 플랫폼에 필요한 배터리 전력 계획을 결정해야 합니다.
3-전력 성능 경계
배터리에 해당하는 변수는 다양한 SOC와 온도에서 배터리의 전력-전압 특성입니다. 배터리의 전력은 차량의 전력 시스템의 전력 요구 사항에 해당하고 전압은 구동 모터의 정격 전압 요구 사항에 해당합니다.
일반적으로 전체 차량 플랫폼에 대한 배터리 솔루션의 평가는 상온 및 고출력에서 100km 가속 시간과 그에 따른 배터리 표시기 분해부터 시작하여 점차적으로 전체 범위와 모든 작동 조건에 대한 배터리 표시기 분해로 확장됩니다.
두 번째: 배터리 박스 개발
1- 배터리 통합 및 모듈화
배터리 모듈의 설계를 최적화하고, 배터리 팩의 통합과 모듈성을 개선하고, 비활성 부품을 줄이고, 배터리 팩의 에너지 밀도를 높입니다.
현재 인기 있는 배터리 팩 통합 기술에는 CTP, CTB, CTC 및 기타 형태가 포함됩니다. 통합 기술의 발전에 따라 부품의 모양, 재료 및 조합이 변경되었습니다. 전반적인 방향은 통합 및 통합입니다. 독립 부품의 수를 줄이고 하나의 큰 부품을 사용하여 여러 부품을 대체함으로써 더 크고 기능적인 구성 요소가 형성됩니다.
2-배터리 박스 디자인
배터리 케이스는 전원 배터리 시스템 조립체의 캐리어로, 제품의 안전한 작동과 보호에 중요한 역할을 하며, 전체 차량의 안전에 직접적인 영향을 미칩니다. 배터리 케이스의 구조 설계에는 주로 배터리 케이스의 상부 쉘, 하부 쉘 및 기타 구성 요소에 대한 쉘 재료 선택과 제조 공정 솔루션 선택이 포함됩니다. 배터리 케이스의 상부 커버는 주로 밀봉 역할을 하며 많은 힘을 받지 않습니다. 배터리 케이스의 하부 케이스는 전체 전원 배터리 시스템 제품의 캐리어이며, 배터리 모듈은 주로 하부 케이스에 배치됩니다. 따라서 배터리 케이스 내부에 내장된 홈 및 배플과 같은 구조적 조치가 있어야 차량 주행 시 배터리 모듈이 안정적으로 고정되고, 앞뒤, 좌우, 상하 방향으로 움직임이 없어 측벽과 상부 커버에 충격을 주지 않고 배터리 케이스의 수명에 영향을 미치지 않습니다.
그림 3: 배터리 하부 박스 솔루션, a-스킨 프레임, b-FSW 용접 + 프레임, c-FSW 용접 + 프레임
l 배터리팩 설치 지점 구조 설계 및 연결 고정
배터리 팩 설치 지점은 일반적으로 전면과 후면을 통과하는 장착 빔 구조를 채택하고, 프런트 엔드는 전면 캐빈 세로 빔에 연결되어 효과적이고 일관된 폐쇄 빔 구조를 형성합니다. 설치 지점은 배터리 팩의 중량 분포에 따라 합리적으로 배치됩니다. 배터리 팩과 차량은 볼트 고정, 기계적 고정 + 접착 조인트 하이브리드 연결, 스냅온 연결 등 다양한 방식으로 고정됩니다.
그림 4: 배터리 팩 레이아웃 및 설치 섹션
파워 배터리 팩은 일반적으로 여러 개의 리프팅 러그 구조를 통해 차량에 설치됩니다. 파워 배터리 팩 자체의 큰 무게 외에도 리프팅 러그는 돌길과 깊은 움푹 들어간 곳과 같이 차량의 움직임으로 인한 도로 자극을 견뎌야 합니다. 이러한 내구성 있는 작업 조건과 오용 조건은 리프팅 러그 구조의 강도에 대한 요구 사항을 더 높여줍니다.
그림 5: 다양한 리프팅 러그 연결 솔루션: a 용접 리프팅 러그 b 알루미늄 압출 프레임 리프팅 러그
l 배터리 박스 안전 및 보호 구조
기계적 강도 및 보호: 배터리 상자는 내부의 배터리를 기계적 충격과 충격으로부터 보호하기에 충분한 기계적 강도를 가져야 합니다. 배터리 상자는 다양한 조건에서 배터리의 안전을 보장하기 위해 진동, 압출 및 기계적 충격을 견딜 수 있어야 합니다.
충돌 보호: 배터리 케이스의 설계는 특히 측면 충돌 및 바닥 충돌의 경우 충돌 안전을 고려해야 합니다. 일반적으로 알루미늄 또는 강철로 만들어지고 외부 프레임을 통해 하부 트레이에 연결되어 구조적 강성을 제공하고 충돌 에너지 흡수 기능을 향상시킵니다. 또한 배터리 케이스의 변형과 배터리 셀의 손상을 방지하기 위해 적절한 충돌 흡수 구조를 설계해야 합니다.
방수, 방진 및 내식성: 배터리 상자는 방수 및 방진이 필요하며 일반적으로 IP67 레벨 밀봉 개스킷을 사용하여 기밀성을 보장합니다. 또한 부식 방지 조치도 고려해야 하며, 예를 들어 외부에 PVC 코팅을 뿌려 내식성을 강화합니다.
폭발 방지 및 압력 방출 설계: 배터리가 폭발하면 에너지는 균형 잡힌 폭발 방지 밸브와 같은 장치를 통해 집중적이고 방향성 있는 방식으로 방출되어 고객 객실로 유입되는 것을 방지해야 합니다. 또한 장비의 전체 파열을 방지하기 위해 폭발 방지 조치(부분적 구조 파괴 등)를 취해야 합니다.
l 밀봉 설계
배터리 박스의 상부 커버와 하부 케이스 사이의 밀봉 표면 설계는 밀봉 성능에서 중요한 역할을 하며, 그 설계는 배터리 박스 구조 및 밀봉 링과 함께 설계되어야 합니다. 밀봉 표면은 가능한 한 동일 평면에 유지되어야 하며, 너무 많은 곡선 구조를 피해야 합니다. 상부 커버와 하부 케이스는 볼트로 연결되므로 많은 수의 볼트를 사용하므로 구멍의 동축성을 보장하는 것이 특히 중요합니다. 볼트 구멍 위치를 합리적으로 배열하는 동안 위치 치수는 가능한 한 둥글어야 하며 X 및 Y 방향으로 대칭적으로 배열되어야 합니다. 연결 볼트 수의 선택은 밀봉 수준과 분해 및 조립 작업 부하량을 기준으로 종합적으로 고려해야 합니다.
그림 6: 상단 및 하단 상자 밀봉 설계, 1-배터리 상단 커버 2-밀봉 개스킷 3-배터리 하단 커버 4-금속 도관
l 전기 안전 및 단락 보호
연결 신뢰성: 배터리 상자 내부의 커넥터는 배터리 상자의 과전류 용량과 전기/기계 연결의 신뢰성을 보장하기 위해 올바른 극성 연결을 가져야 하며 완화 조치 등이 포함되어야 합니다.
전기 절연 및 전압 저항 설계: 모듈 설계는 이중 절연 보호를 채택합니다. 배터리 셀 자체에는 배터리 셀 블루 필름 층과 배터리 셀 상단 패치가 있어 절연 및 전압 저항 요구 사항을 충족합니다. 절연 및 전압 저항 보호는 엔드/사이드 플레이트와 배터리 셀 사이, 배터리 셀과 하단 장착 표면 사이에 설정됩니다.
l 열 관리 설계
배터리 열 관리 개발은 배터리 온도 제어, 냉각판, 배관 시스템 등의 설계를 포함하여 배터리 팩 시스템 설계 및 개발의 전체 주기를 통해 진행됩니다. 배터리 열 관리 시스템 설계의 주요 목표는 공간 레이아웃, 설계 비용, 경량화 등을 고려하면서 가열 또는 냉각 제어를 통해 배터리 시스템이 비교적 적합한 작동 온도에서 작동하도록 하는 동시에 셀 간의 온도 차이를 줄여 일관성을 보장하는 것입니다.
당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다
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배터리팩 제조기술의 혁신과 발전에 대한 간략한 논의丨이전 기사: 배터리 통합 기술의 혁신과 발전
배터리 팩은 신에너지 차량의 핵심 에너지원으로, 차량 전체에 구동력을 제공합니다. 우리는 일반적으로 효율성(에너지 밀도), 안전성, 제조 및 유지 관리 비용의 차원에서 배터리 팩 기술의 장단점을 평가합니다.
배터리 설계에서 단일 셀의 전압은 약 3-4V에 불과한 반면, 전기 자동차에 필요한 전압은 최소 100V입니다. 현재 신차는 700V/800V의 전압을 가지고 있으며 출력 전력은 일반적으로 200W이므로 배터리를 부스트해야 합니다. 전기 자동차의 전류 및 전압 요구 사항을 충족하려면 서로 다른 셀을 직렬 또는 병렬로 연결해야 합니다.
배터리 팩은 배터리 셀, 전자 및 전기 시스템, 열 관리 시스템 등으로 구성되며, 이는 배터리 프레임 구조(베이스 플레이트(트레이), 프레임(금속 프레임), 상부 커버 플레이트, 볼트 등)로 둘러싸여 있습니다. 이러한 구성 요소와 시스템을 보다 효율적이고 안전하게 전체로 "패키징"하는 방법은 항상 전체 산업에서 지속적인 연구와 탐구의 주제였습니다.
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파워 배터리 그룹 기술의 기원은 1950년대로 거슬러 올라가며, 구소련과 일부 유럽 국가에서 시작되었습니다. 이 기술은 원래 부품의 물리적 유사성(범용 공정 경로)을 결정하고 효율적인 생산을 확립하기 위한 엔지니어링 및 제조 개념으로 사용되었습니다.
그룹 기술(GT)의 핵심은 생산 활동에서 관련된 것들의 유사점을 식별하고 탐색하고, 유사한 문제들을 그룹으로 분류하고, 이 문제 그룹을 해결하기 위한 비교적 통합된 최적 솔루션을 찾아 경제적 이익을 달성하는 것입니다. 전력 배터리 분야에서 그룹 기술은 주로 구조, 열 관리, 전기 연결 설계 및 배터리 관리 시스템(BMS) 기술을 포함하여 단일 셀에서 배터리 팩(Pack)으로 배터리를 통합하는 기술을 포함합니다.
자동차 분야에서 이전의 그룹화 기술은 MTP(Module To Pack)로, 셀을 먼저 모듈로 통합한 다음 모듈을 팩으로 통합하는 것을 의미합니다. 이 기술은 분리 및 교체가 가능한 모듈이 특징으로, 유지 관리성은 좋지만 그룹화 효율성은 낮습니다. 기술의 발전에 따라 그룹화 기술은 MTP에서 CTP(Cell To Pack)로 전환되었습니다. CTP 기술은 셀을 팩에 직접 통합하여 기존 모듈 구조를 제거하고 그룹화 효율성과 생산 효율성을 개선하는 기술을 말합니다. 최근 몇 년 동안 업계는 통합 효율성이 더 높은 CTC(Cell To Chassis), CTB(Cell To Body & Bracket), MTB(Module To Body)와 같은 그룹화 기술도 모색하고 있습니다.
전력 배터리 및 전기화학 에너지 저장 분야에서 리튬 배터리의 주요 기술 발전은 구조적 혁신과 재료 혁신에서 비롯됩니다. 전자는 물리적 수준에서 "셀-모듈-배터리 팩"의 구조를 최적화하여 배터리 팩의 체적 에너지 밀도를 개선하고 비용을 절감하는 목표를 달성하는 것입니다. 후자는 화학적 수준에서 배터리 재료를 탐색하여 단일 셀의 성능을 개선하고 비용을 절감하는 목표를 달성하는 것입니다. 이 글은 다양한 구조적 통합 기술이 배터리 팩 제조 기술에 미치는 영향과 배터리 팩 구조적 통합의 관점에서 혁신적 개발 방향에 초점을 맞춥니다. 전력 배터리 통합을 위한 현재 핵심 기술은 아래 그림과 같습니다.
1-MTP가 제거되었습니다
현재 전기 자동차 개발의 물결이 시작되면서 많은 석유-전기 신에너지 자동차 모델이 출시되었습니다. 이들은 전통적인 가솔린 자동차의 공간적 레이아웃과 스타일 디자인을 이어갑니다. 엔지니어들은 일정 수의 개별 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 비교적 큰 배터리 셀 모듈을 조립한 다음, 이러한 배터리 셀 모듈 몇 개를 익숙한 "MTP" 배터리 팩인 배터리 팩에 넣었습니다. 배터리 팩은 두 번 이상 "포장"해야 하기 때문에 필요한 구성 요소의 수가 매우 많고 배터리 팩은 "내부 3층, 외부 3층"으로 나타나며, 너무 많은 중복 부품이 더 많은 시스템 부피와 무게를 차지하여 "MTP" 배터리 팩의 체적 에너지 밀도와 중량 에너지 밀도가 낮아집니다. 또한 가솔린 자동차의 설계는 배터리 공간을 특별히 예약하지 않았기 때문에 배터리 시스템은 "어디에나 끼워 넣을 수 있을 뿐"이어서 제품 경쟁력과 사용자 경험이 저하됩니다.
테슬라가 대표하는 새로운 지능형 전기 자동차 플랫폼이 출시된 이후, 순수 전기 자동차는 배터리 팩을 더 효율적이고 규칙적인 방식으로 이상적인 공간 위치에 설치할 수 있게 되었고, 3가지 전기 시스템을 더 합리적으로 배치할 수 있으며, 차량의 전자 및 전기 아키텍처와 열 관리 설계를 더 효율적으로 통합할 수 있습니다. 에너지 효율성, 내구성, 지능 측면에서 차량의 제품 강점이 크게 향상되었습니다.
2-Integrated Technology 2.0 Era——CTP
MTP 구조 배터리 팩은 공간 활용에 상당한 문제가 있습니다. 배터리 셀에서 모듈로의 공간 활용도는 80%이고, 모듈에서 배터리 팩으로의 공간 활용도는 50%이며, 전체 공간 활용도는 40%에 불과합니다. 모듈 하드웨어 비용은 총 배터리 비용의 약 14%를 차지합니다. 이러한 낮은 공간 활용 구조는 신에너지 자동차의 개발 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 배터리 셀 → 모듈 → 배터리 팩 → 차체 통합 아이디어의 틀에서 차량이 제한된 섀시 공간에 최대한 많은 전력을 적재하고 볼륨 활용도를 개선하려면 각 통합 단계의 표준화를 고려해야 합니다. 주행 범위에 대한 시장 수요가 계속 증가함에 따라 단일 배터리 모듈의 볼륨이 계속 증가하여 간접적으로 CTP 솔루션이 등장하게 되었습니다.
CTP 구조 기술은 안전성, 패키징 복잡성, 비용 절감 등을 고려하여 탄생했습니다. 배터리 셀의 안전성을 보장한다는 전제 하에 CTP 기술은 내부 케이블과 구조 부품을 줄입니다. MTP 기술과 비교할 때 CTP 기술은 모듈 구조가 없으며 차량에 설치하기 전에 배터리 셀을 배터리 팩에 직접 패키징합니다.
현재 두 가지 주요 아이디어가 있습니다. 하나는 CATL로 대표되는 여러 개의 작은 모듈의 구조를 대체하는 완전한 대형 모듈로 Pack을 간주하는 것입니다. 다른 하나는 설계 중에 모듈 없는 솔루션을 사용하는 것을 고려하고 배터리 자체를 BYD의 블레이드 배터리와 같이 강도 참여자로 설계하는 것입니다.
CTP 기술의 핵심은 모듈 설계를 취소하는 것입니다. 배터리 셀은 셸과 직접 결합되어 엔드 플레이트와 파티션의 사용을 줄입니다. 그 뒤를 따르는 문제는 배터리 팩의 고정과 열 관리입니다.
사실 CTP 배터리팩의 원래 제품은 순수한 모듈 없는 디자인이 아니라, 원래의 소형 모듈을 3개의 대형 모듈과 2개의 중형 모듈로 합친 디자인이었고, 양쪽 끝에는 알루미늄 엔드 플레이트도 있어서 이론적으로는 여전히 MTP이기는 하지만, 실제로 구조적으로는 큰 개선이 있었습니다.
CTP 3.0이 도입된 후, CATL은 더욱 진보된 제조 방법을 제시하여 완전히 모듈 없는 설계를 달성했습니다. 배터리 셀은 높이를 따라 수직 방향에서 수평 위치로 변경되었습니다. 또한, 배터리 셀 사이에 새로운 냉각 솔루션이 구현되어 열을 발산할 뿐만 아니라 지지, 완충, 단열 및 온도 제어 기능도 제공합니다. 하단 셸도 제한적인 고정 기능으로 설계되었습니다.
그림 1: CATL Kirin Battery CTP2.0과 CTP3.0의 비교
3-통합기술 3.0시대——CTB, CTC
l CTB 기술
CTP 기술은 배터리 구조 혁신에서 큰 진전이지만 배터리 팩 자체에서는 돌파구를 마련하지 못했습니다. CTP 기술에서 배터리 팩은 여전히 독립적인 구성 요소입니다. CTP의 배터리 팩에 대한 간소화된 전략과 비교할 때 CTB 기술은 차체 바닥 패널과 배터리 팩 커버를 하나로 결합합니다. 배터리 커버, 도어 실, 앞뒤 빔으로 형성된 평평한 밀봉 표면은 실런트로 승객실을 밀봉하고 바닥은 설치 지점을 통해 차체와 조립됩니다. 배터리 팩을 설계 및 제조할 때 배터리 시스템은 차체 전체와 통합되어 배터리 자체의 밀봉 및 방수 요구 사항을 충족할 수 있으며 배터리와 승객실의 밀봉은 비교적 간단하고 위험을 제어할 수 있습니다.
이러한 방식으로 "배터리 팩 커버-배터리 셀-트레이"의 원래 샌드위치 구조가 "차체 하부 통합 배터리 팩 커버-배터리 셀-트레이"의 샌드위치 구조로 변형되어 차체와 배터리 커버 간의 연결로 인한 공간 손실을 줄입니다. 이 구조적 모드에서는 배터리 팩이 단순한 에너지원이 아니라 전체 차량의 힘과 전달에 구조적으로 참여합니다.
그림 2: CTB 기술 구조의 개략도
l CTC 기술
CTC 방식을 채택한 후 배터리 팩은 더 이상 독립적인 조립체가 아니라 차량 본체에 통합되어 제품 설계 및 생산 공정을 최적화하고 차량 부품 수를 줄이며 특히 배터리의 내부 구조 부품과 커넥터를 줄이며 경량이라는 고유한 이점을 가지고 공간 활용을 극대화하며 배터리 수를 늘리고 주행 거리를 개선할 수 있는 공간을 제공합니다. 전기화학 시스템 자체가 변경되지 않는 조건에서 배터리 수를 늘려 주행 거리를 늘릴 수 있습니다.
그림 3: 테슬라 CTC 기술 구조도
예를 들어, 테슬라와 다른 자동차 제조업체는 CTC 기술 모델을 연이어 출시했습니다. 셀 수준에서는 다기능 탄성 샌드위치 구조와 대면적 수냉 기술을 사용할 수 있으며, 통합 개발을 통해 배터리 팩 하단에 충돌 방지 공간 재사용 기술을 중첩하여 그룹화 효율성, 방열 및 안전성을 고려하고 셀 최적화와 차량 구조 보호의 두 가지 차원에서 CTC 기술의 적용을 촉진합니다. 차량 통합 개발 수준에서 배터리 셀은 섀시에 직접 통합되어 모듈과 배터리 팩의 링크를 제거합니다. 3대 전기 시스템(모터, 전자 제어, 배터리), 3대 부수 전기 시스템(DC/DC, OBC, PDU), 섀시 시스템(변속 시스템, 구동 시스템, 조향 시스템, 제동 시스템) 및 자율 주행 관련 모듈의 통합이 실현되고 지능형 전력 도메인 컨트롤러를 통해 전력 분배가 최적화되고 에너지 소비가 감소합니다.
4- CTP, CTB 및 CTC 기술용 배터리 박스에 대한 특정 요구 사항의 변경
기존의 배터리 팩 구조에서 배터리 모듈은 배터리 셀을 지지, 고정 및 보호하는 역할을 하는 반면, 배터리 박스 본체는 주로 외부 압출력을 견뎌냅니다. CTP, CTB 및 CTC 기술의 적용은 배터리 박스에 대한 새로운 요구 사항을 제시하며, 이는 특히 다음에 반영됩니다.
배터리 박스 본체의 강도 요구 사항이 개선되었습니다. CTP, CTB 및 CTC 구조에서 모듈 링크가 감소되거나 제거되었기 때문에 배터리 박스 본체는 외부 압출력뿐만 아니라 원래 모듈이 지탱하는 배터리 셀의 팽창력도 견뎌야 합니다. 따라서 배터리 박스 본체의 강도 요구 사항이 더 높습니다.
충돌 보호 기능: CTP 기술을 사용하여 배터리 팩의 사이드 빔을 제거한 후, 배터리는 충돌의 충격을 직접 받게 되므로 CTP 배터리 팩은 충분한 충돌 방지 기능을 갖춰야 합니다.
단열, 단열 및 방열 요구 사항: CTP 또는 CTB 및 CTC 구조는 섀시 베어링 구조 상자를 기반으로 바닥 플레이트 프로파일을 수냉 플레이트로 변경합니다. 배터리 박스 상자는 배터리 셀의 무게를 견딜 뿐만 아니라 배터리에 대한 열 관리 및 기타 기능도 제공합니다. 구조가 더 컴팩트하고 제조 공정이 최적화되었으며 자동화 정도가 더 높습니다.
감소된 유지 보수성: 고도로 통합된 설계로 인해 배터리 팩을 교체하기가 복잡합니다. 예를 들어, CTC 구조에서 배터리 셀은 수지 재료로 채워져 있어 배터리 셀을 교체하기 어렵고 수리가 거의 불가능합니다.
5- 배터리팩 통합이 전기자동차 충전 인프라에 미치는 영향
다양한 배터리 팩 통합 기술을 선택하는 것은 다양한 보상 방법을 선택하는 것을 의미합니다. CTP는 배터리 교체를 하는 경향이 있는 반면, 더 고도로 통합된 CTB/CTC는 빠른 충전을 하는 경향이 있습니다.
높은 통합은 동일한 공간에 더 많은 배터리를 수용할 수 있어 전기 자동차의 주행거리가 늘어난다는 것을 의미합니다. 사용자는 더 이상 짧은 거리를 자주 충전할 필요가 없지만 장거리 여행 중에는 빠르게 충전하는 것을 선호할 수 있습니다. 따라서 충전 인프라를 계획할 때는 이러한 변화를 고려하여 사용자 요구를 충족할 수 있도록 해야 합니다.
배터리 팩의 통합이 증가함에 따라 배터리 팩의 물리적 크기와 구조가 변경될 수 있으며, 이는 충전 인터페이스의 설계와 충전 장비의 호환성에 영향을 미칠 수 있습니다.
또한 배터리 팩의 통합 증가는 충전 속도와 효율성에도 영향을 미칠 수 있습니다. 빠르고 안전한 충전 프로세스를 보장하기 위해 보다 효율적인 배터리 관리 시스템과 충전 기술을 개발하고 배포해야 할 수도 있습니다.
당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다.Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다
신에너지 자동차 배터리 트레이/에너지 저장 액체 콜드박스를 위한 공통 표면 처리 기술
신에너지 자동차용 배터리 트레이와 에너지 저장 액체 냉각 상자의 생산 공정에서 필요하고 적절한 표면 처리가 핵심 단계입니다. 예를 들어, 코팅, 산화 처리 등을 사용하여 금속 표면에 보호층을 형성하여 부식성 매체의 침식을 방지합니다. 배터리 셀, 수냉판, 모듈 벽 등과 같이 전기적 절연이 필요한 구성 요소는 절연 보호 필름을 구축해야 합니다. 절연은 일반적으로 절연 분말 또는 절연 페인트를 분사하여 달성합니다. 적절한 표면 처리 기술을 선택하면 트레이/액체 냉각 상자의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 내구성과 안전성도 다양한 응용 시나리오의 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 이 문서에서는 일반적인 표면 처리 기술을 요약하여 참조할 수 있습니다.
1- 세척 및 광택
생산 과정에서 가공 오일, 엔진 오일 잔여물, 분말, 먼지와 같은 불순물이 팔레트 표면에 축적될 수 있습니다. 이러한 불순물은 배터리 트레이의 수명에 영향을 미칠 뿐만 아니라 배터리의 성능과 안전성에 부정적인 영향을 미칠 수도 있습니다. 세척 및 연마를 통해 이러한 불순물을 효과적으로 제거하여 팔레트 표면의 청결을 보장할 수 있습니다. 세척 및 연삭은 표면 불순물, 버, 용접 슬래그를 효과적으로 제거하여 표면을 매끄럽고 평평하게 만들어 배터리 트레이/상자의 전반적인 품질을 개선할 수 있습니다.
l 화학 세척
알칼리 세척: 알칼리 세척은 주로 알칼리성 용액(예: 수산화나트륨, 탄산나트륨 등)을 사용하여 알루미늄 합금 표면의 기름, 먼지 및 기타 유기물을 제거합니다. 알칼리 세척은 비누화, 유화 및 침투 및 습윤을 통해 기름을 제거하고 동시에 수용성 침전물을 생성하여 세척 효과를 얻습니다. 알칼리 세척은 일반적으로 알루미늄 합금 표면에서 기름, 먼지 및 유기 오염 물질을 제거하는 데 사용됩니다.
피클링: 피클링은 산성 용액(예: 질산, 염산 등)을 사용하여 알루미늄 합금 표면의 산화 스케일, 녹 및 기타 무기 침전물을 제거합니다. 피클링은 산과 금속 표면의 산화물의 반응을 통해 금속 표면의 산화물을 가용성 염으로 전환하여 표면 불순물을 제거합니다. 피클링은 주로 알루미늄 합금 표면의 산화막, 녹 및 무기염 스케일을 제거하는 데 사용됩니다. 피클링은 종종 금속 표면의 마감 및 평탄도를 개선하기 위한 최종 처리에 사용됩니다.
l 기계 연삭
생산 중 연삭 공정을 통해 가공 여유분을 제거하고, 형상 오류를 교정하고, 팔레트/상자 표면의 매끄러움과 정확성을 보장하고, 조립 요구 사항을 충족시키며, 결과적으로 전반적인 성능과 서비스 수명을 향상시킬 수 있습니다.
세척하고 윤이 난 표면은 코팅재나 기타 재료로 처리할 수 있는데, 이는 이후의 부식 방지, 밀봉, 열 전도성, 단열, 방열 및 기타 코팅의 시공에 매우 중요하며 이러한 재료를 팔레트/상자에 단단히 고정하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
2-코팅 및 보호필름 구축
팔레트/상자 생산 시에는 기본적인 세척 및 광택 처리 외에도 분무 공정을 통해 표면 처리를 통해 보호층을 형성하여 산화 및 부식을 방지하고 열 절연, 절연 및 내전압 등 다양한 요구 사항을 충족합니다.
l 열 절연
배터리 트레이의 결로 방지 및 단열은 단열 시스템의 포괄적인 설계, 고효율 단열재 사용, 에어로젤 적용, 배터리 팩 단열 설계, 폼 단열재 분사를 통해 달성할 수 있습니다.
바닥면은 PVC 및 폼소재로 분사처리
l 절연내전압
배터리 팩 케이스와 액체 냉각 구성 요소의 절연은 주로 전류 누출을 방지하고, 인원을 감전으로부터 보호하며, 배터리 시스템의 정상적인 작동을 보장하기 위한 것입니다. 절연은 일반적으로 분말 분무와 필름 적층의 두 가지 주요 방법을 통해 달성됩니다. 주류 필름 적층 공정에는 실온 적층, 핫 프레싱 및 UV 노출이 포함됩니다.
단열재 분말 및 단열 페인트의 내부 분사
3-로고 및 간판
명판이나 라벨은 일반적으로 레이저, 기계 조각 등을 통해 배터리 트레이의 눈에 띄는 위치에 부착됩니다. 이러한 로고는 일반적으로 내마모성 및 내부식성 매체로 만들어져 전체 서비스 수명 동안 쉽게 지워지지 않습니다.
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에너지 저장 컨버터의 방열 요구 사항의 변화 및 일반적인 방열 솔루션 비교
에너지 저장 시스템의 핵심 장비인 에너지 저장 컨버터는 전력 변환, 에너지 관리, 그리드 안정성 보장, 에너지 효율 향상 등을 위한 중요한 도구입니다. 에너지 저장 컨버터 전력 장치가 고집적화, 고효율화로 나아가면서, 주파수와 대용량의 발전으로 인해 열 방출에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다.
1-냉각 요구 사항의 변화
l 더 큰 DC 캐빈에 맞춰 컨버터 용량은 계속 증가하고 효율적인 방열 기술은 장비의 신뢰성을 보장합니다.
에너지 저장 셀의 용량이 점점 더 커지면서 에너지 저장 시스템의 용량도 동시에 확장되고 있습니다. 2023년 초 시중에 나와 있는 표준 20피트 단일 셀 배터리 용량은 3.35MWh에 불과했습니다. 하반기에는 많은 배터리 셀 회사가 310+Ah 에너지 저장 제품을 출시했으며, 20피트 단일셀 배터리도 5MWh로 확장됐다. 그러나 5MWh 모델이 업데이트된 지 반년도 채 되지 않아 일부 주요 에너지저장시스템에서는 6MWh와 8MWh 시스템을 출시했다. 일반적인 경험에 따르면 에너지 저장 컨버터는 부하 용량의 1.2배로 구성됩니다. 5MWh 에너지 저장 시스템의 단일 단위 용량은 2.5MW 이상이어야 합니다. 고출력에서는 장비의 안정적인 작동을 보장하기 위해 보다 효율적인 냉각 기술이 필요합니다. 높은 부하를 지속했습니다.
에너지 저장 시스템 통합 토폴로지 체계의 반복적 진화
l DC 고전압 기술을 적용하려면 장치에 더 높은 내압 수준과 절연 강도가 필요하며 전력 장치의 방열이 심각합니다.
대용량 에너지 저장 시스템에 부응하기 위해 DC 고전압 기술은 전압 레벨의 증가를 통해 에너지 절약, 효율성 및 성능 향상을 달성할 수 있습니다. 이제 광전지는 에너지 저장에 관여합니다. 그러나 에너지 저장 PCS의 고전압 진화는 아직 갈 길이 멀고 일부 제조업체는 이를 최적화하여 2000V로 추진하기 시작했습니다. DC 고전압 기술을 적용하면 에너지 저장 컨버터의 전력 전자 장치가 고전압 작업 환경에 적응할 수 있도록 더 높은 내전압 수준과 더 높은 절연 강도를 갖게 됩니다. 고전압 환경에서는 전력 장치의 방열 설계가 더욱 중요해집니다. 전력 장치의 pn 접합 온도는 일반적으로 125°C를 초과할 수 없으며 패키지 쉘의 온도는 85°C를 초과할 수 없습니다.
l 네트워크로 연결된 에너지 저장 시스템에는 복잡한 제어 알고리즘, 회로 설계 및 고전력 밀도 에너지 저장 변환기가 필요합니다.
그리드형 에너지 저장 시스템의 전류원의 본질적인 속성과 달리, 그리드형 에너지 저장 시스템은 본질적으로 전압원이므로 내부적으로 전압 매개변수를 설정하고 안정적인 전압과 주파수를 출력할 수 있습니다. 따라서 동기 발전기의 특성을 시뮬레이션하고, 전압 및 주파수 지원을 제공하고, 전력 시스템의 안정성을 향상시키는 그리드형 컨버터가 필요합니다. 이러한 제어 전략을 위해서는 컨버터에 더 높은 전력 밀도와 더 복잡한 제어 알고리즘이 필요합니다. 그리고 제어 전략을 구현하려면 더 높은 성능의 전력 장치와 더 복잡한 회로 설계가 필요합니다. 고성능을 유지하면서 냉각 시스템의 부피와 비용을 줄이기 위해 높은 전력 밀도와 복잡한 제어 전략으로 인해 발생하는 열을 효과적으로 관리하는 방법은 열 설계의 새로운 과제가 되었습니다.
2-일반적인 냉각 솔루션 비교
에너지 저장 변환기의 방열 솔루션은 최근 몇 년 동안 상당한 반복적 발전을 경험했으며, 이는 주로 전통적인 공냉식에서 액체 냉각 기술로 방열 기술의 전환에 반영됩니다.
l 공기 냉각 솔루션
공기 냉각은 에너지 저장 변환기의 초기 단계에서 사용되는 온도 제어 형태로, 공기를 매체로 사용하여 팬과 라디에이터를 통해 열을 방출합니다. 공랭식 솔루션은 지속적인 에너지 소비 절감, 구조 최적화, 방열 소재 개선을 통해 방열 효율을 향상시킵니다. 2.5MW 전력 수준에서도 공냉식은 여전히 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
l 액체 냉각 솔루션
에너지 저장 시스템의 전력밀도와 에너지 밀도가 지속적으로 증가함에 따라 수냉식 PCS는 열전도율이 높은 냉각수를 매개체로 사용하고, 냉각수를 워터 펌프를 통해 냉각판 내에서 순환시키도록 구동하며 요인의 영향을 받지 않습니다. 고도 및 기압과 같은 영향: 액체 냉각 시스템은 공기 냉각 시스템보다 더 효율적으로 열을 방출하며, 액체 냉각 솔루션은 지난 1~2년 동안 더 높은 수준의 매칭을 제공하기 시작했습니다.
전체 액체 냉각 에너지 저장 솔루션 외에도 일부 제조업체에서는 상변화 직접 냉각을 사용하고 물 순환이 없는 에너지 저장 직접 냉각 기계를 도입했습니다. 직접 냉각 솔루션도 에너지 저장 분야에 진출하고 있습니다.
당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다.Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다
신에너지 자동차 및 에너지 저장 배터리 팩에 사용되는 알루미늄 프로파일 설계의 핵심 사항
배터리 팩은 신에너지 차량, 통합 에너지 저장 캐비닛 및 컨테이너의 핵심 구성 요소입니다. 쉘 엔벨로프를 통해 에너지원을 형성하고, 전기 자동차에 전력을 공급하며, 에너지 저장 캐비닛 및 컨테이너에 흡수 용량을 제공합니다. 이 기사에서는 실제 엔지니어링 요구 사항을 결합하고 배터리 팩의 기계적 강도, 안전성, 열 관리 및 경량 요구 사항을 분석하여 배터리 팩 프로필 설계의 핵심 사항을 요약합니다.
1- 배터리 팩 하우징 설계 요구 사항
l 기계적 강도, 진동 저항성 및 충격 저항성：시험 후, 고정 장치의 기계적 손상, 변형 또는 느슨함이 없어야 하며 잠금 장치가 손상되어서는 안 됩니다.
l 밀봉: 배터리 팩의 밀봉은 배터리 시스템의 작동 안전에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적으로 배터리 팩이 밀봉되고 방수되도록 하려면 IP67 보호 수준에 도달해야 합니다.
l 배터리 팩 셸을 설계할 때는 열 관리 성능을 고려해야 하며 적절한 열 관리 설계를 통해 배터리가 적절한 범위 내에서 작동하도록 해야 합니다.
l 설치 및 고정을 위해 쉘은 명판과 안전 표지판을 위한 공간을 확보해야 하며, 수집 라인, 다양한 센서 요소 등을 설치할 수 있는 충분한 공간과 고정된 기초를 확보해야 합니다.
l 비극성 기본 절연의 모든 커넥터, 단자 및 전기 접점은 결합 시 해당 보호 수준 요구 사항을 충족해야 합니다.
l 경량화: 셸의 경량화는 배터리 팩의 에너지 밀도를 개선하는 데 매우 중요합니다. 알루미늄 합금은 무게가 가볍고 품질이 높아 현재 가장 실현 가능한 선택입니다. 실제 응용 프로그램과 결합하여 적절한 극한 설계를 통해 경량화 수준을 개선할 수 있습니다.
l 내구성: 배터리 팩 쉘의 설계 수명은 전체 제품의 사용 수명보다 짧아서는 안 됩니다. 사용 주기 동안 명백한 플라스틱 변형이 발생해서는 안 됩니다. 보호 수준과 절연 성능이 저하되어서는 안 됩니다. 명판과 안전 표지판의 레이아웃, 커넥터 보호를 포함하여 구조는 유지 관리하기 쉬워야 합니다.
그림 1 일반적인 알루미늄 합금 용접 배터리 팩 쉘
2-전형적인 알루미늄 합금 배터리 팩 쉘 솔루션
배터리 팩 셸에 일반적으로 사용되는 알루미늄 합금 소재에는 6061-T6, 6005A-T6 및 6063-T6 등이 있습니다. 이러한 소재는 다양한 구조적 요구 사항을 충족하기 위해 서로 다른 항복 강도와 인장 강도를 가지고 있습니다. 이러한 소재의 강도는 다음과 같습니다. 6061-T6>6005A-T6>6063-T6.
현재 배터리 팩 셸 성형 솔루션에는 알루미늄 프로파일 용접, 알루미늄 합금 주조, 주조 알루미늄 플러스 프로파일 알루미늄, 스탬핑 알루미늄 플레이트 용접 등이 포함됩니다. 알루미늄 프로파일 용접 솔루션은 유연성과 가공 편의성으로 인해 주류 선택이 되었습니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 셸은 주로 알루미늄 합금 프로파일 프레임과 알루미늄 합금 프로파일 바텀 플레이트로 구성되며 6 시리즈 알루미늄 합금 압출 프로파일을 사용하여 용접됩니다. 알루미늄 합금 주조 솔루션은 간소화된 공정과 비용 절감 잠재력으로 인해 미래 개발 방향으로 간주됩니다.
3- 프로필 섹션 디자인
l 단면 크기와 복잡성: 프로파일의 단면 크기는 외접원으로 측정됩니다. 외접원이 클수록 필요한 압출 압력이 커집니다. 프로파일의 단면은 일반적으로 여러 개의 공동으로 구성되어 구조적 강성과 강도를 개선합니다. 일반적으로 프레임, 중간 파티션, 바닥판, 보 등은 다양한 구조적 및 기능적 요구 사항에 맞게 다양한 단면 설계를 채택합니다.
그림 2 일반적인 알루미늄 합금 프로파일 단면
l 알루미늄 프로파일 벽 두께: 특정 알루미늄 프로파일의 최소 벽 두께는 프로파일 외접원 반경, 모양 및 합금 구성과 관련이 있습니다. 예를 들어, 6063 알루미늄 합금의 벽 두께가 1mm인 경우 6061 알루미늄 합금의 벽 두께는 약 1.5mm여야 합니다. 동일한 섹션의 압출 난이도는 6061-T6>6005A-T6>6063-T6입니다. 배터리 팩 프로파일을 설계할 때 프레임 프로파일은 일반적으로 6061-T6 알루미늄 합금 소재로 만들어지며 일반적인 섹션은 여러 개의 캐비티로 구성되고 가장 얇은 벽 두께는 약 2mm입니다. 바닥판 프로파일도 여러 개의 캐비티로 구성되며 소재는 일반적으로 6061-T6, 6065A-T6이며 가장 얇은 벽 두께도 약 2mm입니다. 또한 바닥판 하중 지지 트레이와 바닥판 액체 냉각 통합을 설계할 때 바닥판은 일반적으로 양면 구조를 채택하고 바닥판 두께는 일반적으로 10mm이고 벽 두께와 캐비티 내벽은 약 2mm입니다.
l 프로파일 단면 치수의 허용 오차: 단면 치수의 허용 오차는 알루미늄 프로파일의 가공 허용 오차, 사용 조건, 프로파일 압출의 어려움, 프로파일의 모양에 따라 결정해야 합니다. 압출하기 어려운 일부 알루미늄 프로파일의 경우 모양을 변경하거나 가공 허용 오차와 치수 허용 오차를 늘려 압출의 어려움을 줄이고 요구 사항에 가까운 알루미늄 프로파일 제품을 압출한 다음 사용 요구 사항을 충족하도록 재성형하거나 가공할 수 있습니다.
또한, 프로필 단면을 설계할 때는 조인트, 홈, 벽 두께 등에 대한 다양한 용접 공정의 특정 요구 사항을 고려해야 합니다.
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액체 냉각판의 기밀 테스트를 통과했는데 왜 여전히 누출이 발생합니까?
배터리 팩의 기밀성은 배터리 팩의 품질과 안전성을 보장하는 데 중요한 요소입니다. 배터리 팩의 안전성, 신뢰성 및 사용 수명과 관련이 있습니다. 배터리 팩의 기밀성 테스트는 생산 공정뿐만 아니라 배터리 유지 관리 및 검사 중에도 수행해야 합니다.
1-배터리 팩 기밀 요구 사항
실제 생산 시 배터리 팩의 기밀성은 다음 요구 사항을 충족해야 합니다.
밀봉 성능: 배터리 팩 쉘, 인터페이스 및 커넥터는 먼지 및 수증기와 같은 외부 불순물이 배터리 팩에 들어가는 것을 방지하기 위해 우수한 밀봉 성능을 가져야 합니다. 이는 용접, 밀봉제, 방수 재료 등을 통해 달성할 수 있습니다.
방수 성능은 습기가 배터리에 유입되어 단락, 부식 및 기타 문제가 발생하는 것을 방지합니다. 국가 표준 GB38031-2020 "전기 자동차용 전원 배터리의 안전 요구 사항"에 따르면 배터리 및 구성 요소의 밀봉 성능은 IP67 표준을 충족해야 합니다. 대부분의 신에너지 차량은 배터리 및 구성 요소에 대한 밀봉 성능 요구 사항이 더 높고 IP68 표준을 충족해야 합니다. 즉, 배터리 팩은 지정된 수심 및 침수 시간 내에 물이 유입되는 것을 방지할 수 있습니다.
전통적인 기밀성 테스트 방법에는 압력법과 침지법(물 테스트)이 있습니다. 침지법은 액체 냉각판을 물에 담그고 거품이 발생하는지 관찰하여 밀봉을 판단하는 것입니다.
액체 냉각판 수로 기밀성 시험 탱크
IP68 표준이 더 엄격하지만 실제 응용 분야에서는 압력 강하 방법이 적절한 기밀성 감지 표준을 설정하여 IP68 요구 사항을 충족하는 주요 감지 방법으로 자주 사용됩니다. 압력 강하 방법은 배터리 팩 내부의 압력 변화를 측정하여 배터리 팩의 기밀성을 결정합니다. 기밀성 테스트를 수행할 때는 팽창 압력, 팽창 시간, 압력 안정화 시간 및 누출률과 같은 여러 매개 변수에 주의해야 합니다.
차압 기본 원리 다이어그램 직접 압력 기본 원리 다이어그램
2-액체 냉각판 누설 문제 분석
전력 배터리 차량, 배터리 에너지 저장 시스템 등에 대한 시장 수요가 지속적으로 업그레이드됨에 따라 더 높은 에너지 밀도와 전력 밀도의 배터리 팩이 널리 사용되고 있습니다. 배터리의 열적 특성으로 인해 배터리와 같은 핵심 장비의 안정적인 작동을 보장하고 에너지 활용 효율을 높이기 위해 액체 냉각 기술은 에너지 저장 열 관리를 위한 주류 기술 경로 중 하나이며 액체 냉각 시스템의 기밀성 테스트가 핵심 링크가 되었습니다.
액체 냉각판 누출은 심각한 문제입니다. 누출로 인해 냉각수의 정상적인 흐름이 방해받고, 액체 냉각판의 방열 효과에 영향을 미치며, 장비 성능이 저하됩니다. 누출로 인해 시스템 구성 요소가 노화되고 손상되어 시스템 신뢰성이 떨어질 수도 있습니다. 누출로 인해 전자 부품과 회로가 부식되어 장비 고장 및 화재 위험이 높아질 수도 있습니다.
액체 냉각판 생산 및 제조 과정에서 엄격한 기밀성 테스트를 거친 후에도 누출 문제가 계속 발생하는 이유는 무엇입니까?
액체 냉각 시스템 기밀성 테스트 프로세스
액체 누출은 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있습니다.
l 작은 균열 및 결함 조경 기밀성 테스트는 큰 누출 채널을 감지할 수 있지만, 작은 균열 및 결함이 여전히 존재할 수 있습니다. 이러한 작은 균열은 액체 압력이나 고온 환경에서 확장되어 액체가 스며들 수 있습니다.
l 냉각수 표면 장력과 젖음성 차이: 냉각수의 표면 장력이 낮으면 작은 틈새를 통과하기가 더 쉽습니다. 액체 냉각판의 표면 장력 설계가 불합리하거나 냉각수가 적절하게 선택되지 않으면 액체 침투 문제가 심화될 수 있습니다.
젖음성 차이: 냉각수마다 고체 표면에서 젖음성이 다릅니다. 액체 냉각판의 재료 표면 거칠기가 높거나 미세 구조적 결함이 있는 경우 냉각수가 더 쉽게 침투할 수 있습니다.
l 설치 및 공정상의 문제: 액체 냉각판의 설치 공정이 충분히 정밀하지 않거나 용접, 연결 및 기타 공정에 결함이 있는 경우 밀봉이 제대로 되지 않고 액체가 스며들 가능성이 커질 수 있습니다.
l 환경 조건: 온도 변화, 특히 고압 환경에서는 냉각수의 투과성에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 환경적 요인은 기밀성 테스트 중에 고려되지 않을 수 있지만 실제 작동에서는 온도 변동으로 인해 씰이 고장날 수 있습니다.
l 재료의 노화 또는 피로: 액체 냉각판의 재료를 너무 오랫동안 사용하면 노화 또는 피로가 발생하여 밀봉 성능이 저하되고, 이로 인해 액체 누출 위험이 커집니다.
3-액체 냉각판 누출에 대한 예방 조치
l 액체 냉각판 설계 개선: 액체 냉각판의 구조와 설계를 최적화하여 작은 균열과 결함을 줄이고 밀봉 성능을 개선합니다. 예를 들어, 유로 표면에 모듈 설치 빔을 용접할 때 냉각수 누출을 방지하기 위해 누출 방지 조치를 취합니다.
l 제조 공정 수준 향상: 액체 냉각판의 생산 공정에서 고품질 용접 공정과 재료를 사용하여 냉각수가 침투하기 쉽지 않도록 합니다. 동시에 조립 공정에서는 느슨함이나 잘못된 설치를 방지하기 위해 작동 절차를 엄격히 따릅니다.
l 검출 방법의 조합을 최적화하여 검출 효율성을 보장하고 검출 정확도를 개선하고 누락된 검출률을 줄입니다. 침지법과 압력 강하법은 기밀성 검출에 사용되며, 작동이 간단하고 경제적이며 효율적이며 대규모 일상 검출 요구에 적합합니다. 그러나 두 방법의 검출 정확도는 낮습니다. 압력 강하법의 검출 정확도는 일반적으로 1×10-4Pa·m³/s의 누출률이며 검출 결과의 정확도는 온도, 습도, 청결도 및 압력과 같은 요인에 의해 쉽게 간섭됩니다. 검출 정확도가 높고 효과가 더 좋은 검출 장비를 사용하여 검출 정확도를 1×10-6Pa·m³/s로 높여 검출 효과를 개선합니다.
액체 냉각판 자체의 예방 조치 외에도 냉각수 선택, 씰 선택, 장비 작업 환경 등 다방면에 걸쳐 적절한 대응 전략을 채택하는 것이 필요합니다.
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열 설계에서 엔지니어는 어떤 설계 요소를 최적화하여 효과적인 비용 절감을 달성할 수 있습니까?
방열 설계 시 효과적인 비용 절감 방법을 채택하면 불필요한 비용을 줄이는 동시에 전체 시스템의 안정성과 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
1-디레이팅 설계로 비용 절감
디레이팅 설계는 작동 중에 구성 요소나 제품이 받는 전기적, 열적, 기계적 응력을 의도적으로 줄이는 설계 방법입니다. 실제 생산 및 사용 시나리오에서 전자 장비의 안정성은 구성 요소에 가해지는 응력을 줄임으로써 개선될 수 있습니다.
2D 및 3D 패키징 방식의 방열 경로 다이어그램
l 작동 스트레스 감소 : 제품 설계 및 작동 중에 작동 부하 감소, 작동 주파수 제어, 전류 및 전압 제한 등을 통해 구성 요소의 작동 스트레스를 줄일 수 있습니다.
l 환경 스트레스 감소: 온도 여유가 더 큰 구성 요소를 선택하거나 잘 밀봉된 패키지를 사용하여 구성 요소에 대한 온도, 습도 및 압력의 영향을 줄이는 등 적절한 구성 요소 유형, 레이아웃 및 포장 형태를 선택하여 환경 스트레스를 줄입니다.
l 신뢰성 엔지니어링 애플리케이션: 합리적인 이중화 설계, 오류 감지 및 격리 등을 통해 구성 요소 오류의 위험을 더욱 줄일 수 있습니다.
작동 중 부품에 가해지는 스트레스를 줄임으로써 전력 소비와 발열을 줄일 수 있습니다. 전력 장치가 정격 스트레스 이하의 조건에서 작동하면 전력 소비와 열 발생이 줄어들어 시스템의 에너지 효율성과 신뢰성이 향상됩니다. 장기적으로 용량 감소 설계는 구성 요소 수명을 효과적으로 늘리고, 고장률을 줄이고, 유지 관리 작업량을 줄여 비용을 절감합니다.
2-레이아웃 최적화
방열 부품의 합리적인 배치를 통해 라디에이터의 작업 효율성을 크게 향상시킬 수 있으며, 합리적인 부품 레이아웃 전략을 통해 제품 성능과 비용 간의 균형을 이룰 수 있습니다.
l 방열부품 분산 : 열을 많이 발생하는 부품을 분산시켜 단위면적당 열부하를 줄인다.
l 열 방출에 도움이 되는 위치: 통풍구 근처나 장치 가장자리 등 열 방출에 도움이 되는 위치에 발열체를 놓습니다.
l 엇갈린 배열: 레이아웃 중에 가열 구성 요소를 다른 일반 구성 요소와 엇갈리게 배치하고 가열 구성 요소를 온도에 민감한 구성 요소에서 멀리 유지하여 열에 민감한 구성 요소에 미치는 영향을 줄이십시오.
l 공기 흐름 개선: 방향 설계 및 구성 요소 레이아웃을 변경하여 공기 흐름 경로가 최적화되고 유량이 증가하며 열 전달 계수가 향상됩니다.
구성요소 간 권장 간격
3-냉각방식 선택
전자 부품의 성능이 향상되고 집적도가 높아짐에 따라 전력 밀도가 지속적으로 증가하여 작동 중 전자 부품에서 발생하는 열이 크게 증가합니다. 전자 부품의 방열 방법을 선택할 때 온도 제어 요구 사항에는 주로 다음과 같은 측면이 포함됩니다.
l 온도 범위: 구성 요소마다 온도 허용 범위가 다릅니다. 예를 들어 CPU와 같은 고성능 칩의 작동 온도 요구 사항은 85~100°C이지만 일부 저전력 장치는 더 높은 온도를 견딜 수 있으므로 냉각 시스템은 구성 요소를 보장해야 합니다. 안전한 온도 범위 내에서 작동하십시오.
l 온도 제어 정확도: 온도 제어 요구 사항이 엄격한 일부 시나리오에서는 구성 요소 성능 저하 또는 지나치게 높거나 낮은 온도로 인한 손상을 방지하기 위해 온도를 정확하게 제어할 수 있는 방열 솔루션을 채택해야 합니다.
l 주변 온도: 전자 장비의 방열 효과는 장치 자체의 방열 용량에 따라 달라질 뿐만 아니라 주변 주변 온도의 영향을 받습니다. 방열 설계는 주변 온도의 변화를 고려하고 방열 수단을 통해 장치를 적절한 온도 범위 내에 유지하려고 해야 합니다.
l 전력 소모와 신뢰성: 일부 저전력 전자 부품은 발열이 적을 때 자연 냉각을 사용할 수 있지만, 고전력 장치의 경우 높은 부하에서 정상적인 성능을 유지하고 사용 수명을 연장하기 위해 더 효율적인 냉각 기술이 필요하다.
l 밀폐성 및 집적도: 밀폐되고 고밀도로 조립된 기기의 경우, 발열량이 높지 않다면 자연 방열에 의존할 수 있습니다. 하지만 소자의 집적도가 높고 발열량이 큰 경우에는 강제 방열이나 액체 냉각 등 더욱 효과적인 방열 기술이 필요합니다. 액체 냉각 및 히트파이프 기술은 고출력, 고발열 환경, 예를 들어 행파관, 마그네트론, 고출력 증폭관 등 고출력 전자 부품, 서버 및 고전력 장비, 그리고 신에너지 자동차의 3전 시스템 등에서 독보적인 장점을 가지고 있습니다.
충전 파일 공기 냉각 모듈 충전 파일 액체 냉각 모듈
전자 부품의 방열 방법을 선택할 때는 발열량 및 열유속 밀도, 주변 온도 및 작동 온도, 공간 제약 및 단열 요구 사항, 비용 및 타당성 등의 요소를 종합적으로 고려해야 합니다. 적절한 방열 기술과 방열 장치를 사용하여 구성 요소가 적절한 온도에서 작동하도록 보장함으로써 시스템 교체 및 유지 관리 비용을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 또한, 과거 프로젝트를 재사용하는 것도 개발 및 제조 비용을 줄이고 신뢰성을 향상시키는 효과적인 전략입니다.
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배터리 트레이 용접 시 열 변형의 영향을 효과적으로 방지하거나 줄이는 방법은 무엇입니까?
배터리 박스(Battery Box) 또는 PACK 박스(PACK Box) 등으로도 알려진 배터리 트레이는 신에너지 자동차 개발에 있어 매우 중요한 구성 요소로 주목을 받고 있습니다. 비용, 재료 성능 및 기타 요인. 알루미늄 합금은 밀도가 낮고 강도가 높기 때문에 강성을 유지하면서 차체의 성능을 보장할 수 있어 자동차 경량화 엔지니어링에 널리 사용됩니다.
1-배터리 트레이 용접 부품 및 방법 선택
알루미늄 배터리 트레이는 압출 알루미늄 프로파일을 기반으로 하며 다양한 구성 요소가 용접을 통해 전체로 결합되어 완전한 프레임 구조를 형성합니다. 유사한 구조가 에너지 저장 팩 박스에도 널리 사용되었습니다.
배터리 트레이의 용접 부분에는 일반적으로 바닥 판의 접합, 바닥 판과 측면 사이의 연결, 측면 프레임의 연결, 수평 및 수직 빔 용접, 액체 냉각 시스템 구성 요소 및 용접이 포함됩니다. 브래킷, 리프팅 러그 및 기타 액세서리. 용접 방법을 선택할 때 다양한 재료 및 구조적 요구 사항에 따라 다양한 용접 방법이 선택됩니다. 다음 표를 참조하십시오.
2-용접 열변형의 영향 분석
용접은 국부 가열 처리 방법으로 열원이 용접부에 집중되기 때문에 용접물의 온도 분포가 고르지 않아 결국 용접 구조물 내부의 용접 변형 및 용접 응력이 발생합니다. 용접열변형이란 용접공정 중 입열량과 출력량이 고르지 않아 용접부의 형상과 크기가 변화하는 현상을 말한다. 실제 엔지니어링 프로젝트 경험을 바탕으로 용접 열 변형이 발생하기 쉬운 부품과 영향 요인을 요약하면 다음과 같습니다.
a. 긴 직선 용접부
실제 생산에서 배터리 트레이의 바닥 판은 일반적으로 마찰 교반 용접을 사용하여 2~4개의 알루미늄 합금 프로파일로 만들어지며, 바닥 판과 측면 판, 바닥 판 사이에도 긴 용접이 있습니다. 그리고 스페이서 빔. 긴 용접의 집중된 열 입력으로 인해 용접 영역이 국부적으로 과열되어 열 변형이 발생하기 쉽습니다.
배터리 트레이 프레임 용접
b. 여러 부품의 접합
다중 구성요소 용접에서 용접 공정 중 국부적인 고온 가열과 그에 따른 냉각으로 인해 발생합니다. 용접 공정 중 용접물은 불균일한 입열을 받아 용접 부위와 주변 모재 사이에 상당한 온도 차이가 발생하고 열팽창 및 냉간 수축 효과가 발생하고 용접물의 변형이 발생합니다. 에너지 저장 팩 상자의 전기 설치 끝 부분에는 일반적으로 수도꼭지, 와이어 하니스 브래킷, 빔 등이 장착되어 있습니다. 용접 부분은 조밀하고 쉽게 변형됩니다.
용접이 밀집된 영역에서는 팔레트의 전면이 뒤틀리고 변형됩니다.
액체 냉각판 통합 설계를 갖춘 배터리 트레이에서 얇은 판, 파이프 구조 등과 같이 구조적 강성이 낮은 부품은 용접 공정 중 열 변형에 잘 견디지 못하고 다음과 같이 변형되기 쉽습니다. 액체 냉각판의 채널 측면 벽은 일반적으로 약 2mm에 불과합니다. 모듈 장착 표면에 빔, 와이어 하니스 브래킷 및 기타 부품을 용접할 때 측벽에 균열 및 변형 주름이 발생하기 쉽습니다. 흐름 채널은 전반적인 성능에 영향을 미칩니다.
빔 용접으로 인한 액체 냉각 러너 캐비티 벽의 열 균열 결함
3-용접 열변형 제어방법
a.단면용접, 양면용접
상대적으로 강도 요구 사항이 낮은 부품의 경우 용접 공정이 여러 개의 작은 섹션으로 분해되어 용접의 변형을 줄이기 위해 용접이 서로 상쇄됩니다. 동시에 용접 길이와 횟수를 최소화하고 용접의 과도한 집중이나 교차를 피하면 용접 온도 구배를 줄여 용접 변형을 줄일 수 있습니다. 바닥판, 바닥판, 측면 프레임 등 고강도 요구 사항이 있는 부품의 경우 양면 용접을 사용하여 강도를 높이고 더 큰 부품과 긴 용접 비드로 인해 발생하는 굽힘 변형을 줄입니다.
b.용접 순서 최적화
용접 변형을 제어하고, 덜 견고한 접합 형태를 사용하고, 양방향 및 3방향 교차 용접 위치를 피하고, 응력이 높은 영역을 피하십시오. 용접 순서를 최적화하고 강성이 약한 부분을 먼저 용접하고 강성이 더 좋은 부분을 마지막으로 용접합니다. 예를 들어 필렛 용접을 먼저 용접한 다음 짧은 용접을 용접하고 가로 용접을 먼저 용접한 다음 세로 용접을 수행합니다. 합리적인 용접 순서는 용접 변형을 효과적으로 제어하여 용접의 전체 크기를 제어할 수 있습니다.
c.용접 매개변수 조정
용접 매개 변수 및 프로세스를 제어하고 용접 속도, 용접 층 수 및 용접 이음매의 각 층 두께를 합리적으로 설정하십시오. 더 두꺼운 용접의 경우 다층 다채널 용접 방법이 사용됩니다. 각 용접 층의 두께는 4mm를 넘지 않습니다. 다층 용접은 구조적 미세 구조를 줄이고 접합 성능을 향상시킬 수 있습니다. 용접 매개변수를 정밀하게 제어하고 용접 전류, 전압, 전극 유형 및 용접 속도와 같은 매개변수를 합리적으로 선택하면 용융 풀의 일관된 모양과 크기를 보장하여 부적절한 매개변수 선택으로 인한 오류를 방지할 수 있습니다.
d.용접실력향상
용접공 작업(엄격한 요구 사항이 있는 대형 부품 또는 노드 가공)의 기술 수준을 향상시키고 용접 공정 중 동작의 일관성과 표준화를 보장하며 인적 요인으로 인한 치수 문제를 줄입니다.
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알루미늄 합금이 액체 냉각판 및 라디에이터의 첫 번째 선택 재료가 된 이유: 알루미늄 합금의 열전도 원리 분석
알루미늄 합금은 산업에서 가장 널리 사용되는 비철 금속 구조 재료이며, 특히 재료의 열 전도도가 매우 중요한 시나리오와 전자 장비 열 발산, 전기 자동차의 3대 전원 시스템의 열 방출, 배터리 에너지 저장 시스템과 같이 효율적인 열 전도가 필요한 상황에서 사용됩니다. 열 발산 및 항공우주 분야에서는 일반적으로 라디에이터, 열 전도판, 전자 부품과 같은 효율적인 열 전달 장비를 제조하는 데 사용됩니다.
열전도도라고도 불리는 열전도율은 재료의 열전도도를 나타내는 매개변수 지수이며 단위 시간, 단위 면적 및 음의 온도 구배를 나타냅니다. 단위는 W/m·K 또는 W/m· ℃입니다.알루미늄합금은 알루미늄과 기타 금속을 혼합한 합금재료로 열전도율이 매우 우수하며, 일반적으로 열전도계수는 140~200W/(m·K)로 지각에서 가장 많이 함유되어 있는 금속입니다. 알루미늄은 열전도율이 상대적으로 낮고 높이가 높으며 밀도가 낮고 가격이 저렴하기 때문에 선호됩니다.
1-알루미늄 합금 소재의 열전도 원리
물질의 인접한 부분 사이에 온도차가 있으면 접촉부를 통해 열이 고온부에서 저온부로 흘러 열전도가 발생합니다. 금속 재료에는 많은 수의 자유 전자가 있으며, 자유 전자는 금속 내에서 빠르게 이동할 수 있으며 열을 빠르게 전달할 수 있습니다. 격자 진동은 금속 열 전달의 또 다른 방법이지만 자유 전자 전달 상태에 부차적입니다.
금속과 비금속의 열전도 방식 비교
2-알루미늄 합금의 열전도율에 영향을 미치는 요인
a.합금은 열전도율에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나입니다. 합금원소는 고용원자, 석출상, 중간상의 형태로 존재하며, 이러한 형태는 공석, 전위, 격자왜곡 등의 결정결함을 가져오며, 이러한 결함은 전자 산란의 가능성을 증가시켜 그 수를 감소시킵니다. 자유 전자의 감소로 인해 합금의 열전도도가 감소합니다. 서로 다른 합금 원소는 Al 매트릭스에 서로 다른 정도의 격자 왜곡을 생성하고 열전도도에 서로 다른 영향을 미칩니다. 이러한 차이는 합금 원소의 원자가, 원자 부피 차이, 핵외 전자 배열 및 응고 반응 유형과 같은 여러 요인의 결과입니다.
b.열처리는 알루미늄 합금 가공에서 매우 중요한 단계입니다. 알루미늄 합금의 미세 구조와 상 변형을 변경하면 열전도율이 크게 영향을 받을 수 있습니다. 고용체 처리는 알루미늄 합금을 특정 온도로 가열하여 매트릭스의 용질 원자를 완전히 용해시킨 다음 빠르게 냉각하여 균일한 고용체를 얻는 것입니다. 이 처리는 재료의 기계적 특성을 향상시키지만 일반적으로 열전도도를 감소시킵니다. 시효 처리는 고용 처리 후 적절한 냉간 변형과 재가열을 통해 이루어지며, 이는 합금의 미세 구조를 최적화하고 전반적인 성능을 향상시킬 수 있습니다. 시효 처리는 합금의 기계적 특성과 열전도율을 고려하여 합금이 높은 강도를 유지하는 동시에 우수한 열전도도를 갖도록 합니다. 어닐링은 합금의 두 번째 상을 침전시키고 재분배시키기 위해 합금을 더 낮은 온도에서 유지함으로써 합금의 미세 구조를 개선합니다. 어닐링 처리는 알루미늄 합금의 가소성과 인성을 향상시킬 수 있지만 열전도율에 미치는 영향은 특정 상황에 따라 다릅니다.
노화 과정에서 Al-Cu 합금의 결정 구조 변화에 대한 모식도
c.기타 요인，불순물 및 2차 상 입자에 영향을 미칩니다. 알루미늄 합금의 불순물 및 2차 상 입자(예: 산화물, 탄화물 등)는 뜨거운 캐리어(전자 및 포논)를 산란시켜 열전도도를 감소시킬 수 있습니다. 불순물 함량이 높을수록 두 번째 상 입자가 더 거칠어지고 일반적으로 열전도도가 낮아집니다. 알루미늄 합금의 입자 크기도 열전도도에 영향을 미칩니다. 일반적으로 결정립 크기가 작을수록 결정립계는 많아지고 열전도율은 낮아집니다. 또한, 알루미늄 합금의 가공 방법(예: 압연, 압출, 단조 등)은 미세 구조 및 잔류 응력 상태에 영향을 미쳐 열전도도에 영향을 미칩니다. 가공 경화 및 잔류 응력은 열전도도를 감소시킵니다.
요약하면, 알루미늄 합금은 알루미늄 합금의 합금 요소 유형 및 형태, 열처리 방법, 불순물, 입자 크기 및 성형 방법과 같은 요소가 모두 알루미늄의 열전도도에 영향을 미치는 높은 열전도율 재료에 이상적인 선택입니다. 합금 재료를 설계할 때 재료 구성 및 공정 계획을 종합적으로 고려해야 합니다.
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침지식 액냉 에너지 저장 Pack박스 구조 설계 요점
에너지 저장 침지 액냉기술은 선진적인 배터리 냉각 방법으로 액체의 고효율적인 열전도 특성을 이용하여 배터리를 빠르고 직접적이며 충분히 냉각시켜 안전하고 고효율적인 환경에서 배터리 작동을 보장한다. 기본 원리는 에너지 저장 배터리를 절연, 무독성 및 방열 능력이 있는 액체에 완전히 침지시키는 것이다. 이러한 기술은 액체를 배터리와 직접 접촉시켜 열교환을 함으로써 배터리가 충방전 과정에서 발생하는 열을 빠르게 흡수하고 이를 외부 순환 시스템으로 방출하여 냉각시키는 기술이다.
단일 침지식 액냉 에너지 저장 시스템 원리 안내도
침지식 액냉 에너지 저장 Pack 박스는 배터리 팩의 운반 및 적절한 환경에서 배터리 셀의 작동을 보장하는 핵심 구성 요소로서 주로 배터리 팩 및 냉각수 운반, 안전 보호, 전도 및 열교환 기능을 담당한다. 따라서 시스템의 효율적이고 안전하며 신뢰할 수 있는 작동을 보장하기 위해 박스 구조 설계에서 기밀성, 냉각 효율, 안전성, 재료 선택 및 가공 공정 등 다방면을 종합적으로 고려해야 한다. 박스 구조 설계는 전체 액냉 시스템의 기초이다.
1-균일한 하중 수용력
침지형 액체 냉각 에너지 저장 팩의 하부 상자는 바닥판과 측면판으로 구성됩니다. 바닥판은 기본 지지대 역할을 하고 측면판은 바닥판 주위에 고정되어 상자의 주요 프레임을 형성합니다. 상자의 크기는 액체 냉각 시스템의 전반적인 요구 사항과 부하 조건을 고려하여 조정해야 합니다. 대형 상자의 설계에서는 내부 파티션 또는 지지 구조를 합리적으로 설정하여 큰 공간을 여러 개의 작은 공간으로 나눌 수 있습니다. 균일한 하중 지지 용량을 개선하기 위해 힘을 가합니다. 내부 구조에서는 지지 리브와 보강 리브를 추가하여 국부 하중 지지 용량을 개선할 수 있으며, 상자 내부에 하중 공유 구조를 설정하여 각 모서리의 하중을 균형 있게 조정할 수도 있습니다.
또한 균일한 하중 수용력에 대한 소성 변형의 영향을 줄이기 위해 높낮이가 다른 가공면을 동일한 평면으로 설계하여 공작기계 조정 횟수를 줄이고 높이 차이로 인한 변형을 피할 수 있다. 또 박스의 폭이나 높이를 증가시켜 하중을 분산시키고 변형을 줄일 수도 있다.
그 외에 액냉 러너와 박스 바닥판의 일체화 설계는 교반 마찰 용접 또는 레이저 용접을 통해 접합을 완성할 수 있는데 이러한 설계는 전체 구조적 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
단일 침지식 액냉 에너지 저장 Pack 하부박스 구조 안내도
2-열교환 설계
열 전도 능력은 침지식 액냉 에너지 저장 기술의 중요한 부분으로 그 설계 목표는 고온 환경에서 배터리가 효과적으로 열을 방출할 수 있도록 하여 성능과 안전성을 유지하는 것이다.
박스의 재료는 열전도 성능이 높아야 한다. 일반적으로 사용되는 재료는 알루미늄 합금, 구리, 알루미늄 기반 복합 재료이다. 박스 설계는 또한 환경 온도 변화의 영향을 고려해야 하며 적절한 두께의 보온층은 박스 내부 온도가 비교적 일정한 범위 내에서 유지되도록 하여 시스템의 전체 효율성을 향상시킬 수 있다.
박스의 구조 설계는 열전도 능력에 직접적인 영향을 미친다. 합리적으로 러너를 배치하고 박스 내부에서의 원활한 액체 흐름을 보장하며 접촉 면적을 최대한 증가하는 것이 박스의 열전도 능력을 향상시키는 주요 방법이다. 박스 내부에 여러 개의 러너를 설치하여 냉각수의 순환 경로를 증가시켜 방열 효과를 높일 수 있다.
방안 1 풀 침지+단일+판 교환 방안2 풀 침지+단일+박스 교환
액냉 시스템에는 냉각 매체, 열전도 구조, 액냉 파이프라인과 지지 구조가 포함된다.
방안 1에서 동일한 또는 다른 유형의 냉각수를 선택하여 액냉판 러너 챔버와 박스의 빈 챔버에 각각 채울 수 있으며, 두 챔버는 모두 밀봉되고 서로 연결되어 있지 않는다. 박스의 빈 챔버에서 배터리 모듈이 냉각수에 완전히 잠겨 충분히 접촉되어 있고 냉각이 흐르지 않으며, 액체의 열전도성이 좋은 특성을 이용하여 배터리 표면의 열을 흡수하고 온도 상승을 낮춘다. 액냉판에서 냉각수는 급수 헤더에서 여러 개의 러너로 나뉘고 병렬로 액냉판으로 들어간 다음 배수 헤더에서 합류하여 흘러나오며, 주로 열을 밖으로 내보내 열을 방출하는 역할을 한다.
방안 2에서 온도가 낮은 냉각수가 아래 또는 측면으로부터 유입되고 온도가 높은 것은 위에서 유출되어 냉각수가 배터리 팩 내에서 순환하여 흐르므로 열을 효과적으로 균일하게 분배하고 전체적인 냉각 효율을 높이며 배터리 셀 또는 배터리 팩 온도의 일관성을 유지할 수 있다.
냉각 효과를 더욱 향상시키기 위해 액체 흐름과 순환 방식을 최적화하고 열 용량이 높은 냉각수를 선택하며 액체의 온도 분포를 개선하는 등 다양한 최적화 조치를 취할 수 있다. 이러한 조치는 열의 축적과 에너지 손실을 줄이고 배터리가 효율적인 냉각 상태에서 작동하도록 보장할 수 있다.
3-밀봉 설계
액냉식 pack박스의 경우, 선진적인 밀봉 재료와 구조 사용을 통해 완전 밀봉 설계를 할 수 있다. 밀봉 설계는 기밀성뿐만 아니라 액체 매체의 밀봉도 고려하여 배터리 셀이 모든 방향에서 누출 현상이 없도록 해야 한다.
설계는 구체적인 적용 요구 사항에 따라 적절한 밀봉 형식과 형태를 선택해야 한다. 또한 씰의 누출 자유도, 내마모성, 매체와 온도 호환성, 낮은 마찰 등 요인도 고려해야 하며, 세부 사양에 따라 적절한 밀봉 유형과 재료를 선택해야 한다.
또한 용접 공정의 선택도 밀봉 성능에 큰 영향을 미친다. 다양한 재료와 두께에 대해 적절한 용접 방법을 선택하면 용접 품질을 효과적으로 향상시켜 시스템의 전체 강도와 밀봉성을 보장할 수 있다.
단일 침지식 액냉 에너지 저장 Pack 하부박스 완제품 안내도
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액냉판 제조 과정에서의 러너 오염 위험 및 청결 제어 기술
각종 전자 전력 제품의 출력 밀도와 발열량이 지속적으로 증가함에 따라 방열은 점점 더 심각한 도전에 직면해 있다. 액냉 방안은 고효율적인 방열 성능, 저에너지 소비, 저소음과 높은 신뢰성 등 장점으로 인해 점차 주류 솔루션이 되고 있다.
액냉방안은 액냉판을 배터리 팩(기타 열원)에 부착하고 내부 순환 냉각제를 사용하여 열원의 작동으로 발생하는 열을 제거하며, 이 부분의 열은 하나 또는 여러 개의 냉각 회로를 통해 열교환을 함으로써 최종적으로 에너지 저장 시스템의 열을 외부 환경으로 방출한다.
액냉방안의 핵심 구성 요소인 액냉판은 고효율적인 방열 구성 요소로서 주요 기능은 냉각액 순환을 통해 배터리(기타 열원)의 작동에서 발생하는 열을 제거하여 장비가 안전한 작동 온도 범위 내에서 작동하도록 유지하는 것이다. 액냉판의 러너가 깨끗하지 않으면 냉각수의 흐름 균일성에 영향을 미치며, 입자가 큰 이물질이 있을 경우 냉각수가 막히거나 흐름이 원활하지 않아 열이 효과적으로 전달되지 못하여 전자기기의 방열 효율과 전반적인 성능에 영향을 미친다.
또한 러너에 불순물이 남아 있으면 금속 벽면의 산화 보호막이 파괴되어 액냉판에 부식 또는 침식을 일으킬 수 있다. 그 외에 러너 내부의 불순물은 구성 요소의 접촉 불량을 유발하여 씰이 노후되거나 손상되어 누출 위험이 증가하고 시스템의 장기적이고 안정적인 작동에 영향을 미칠 수 있다.
1-액냉판 러너 청결도 요구 사항
현재의 에너지 저장 액냉박스 방안은 일반적으로 수로에 이물질, 알루미늄 부스러기, 기름 오염 및 액체가 없어야 한다. 소수의 방안에서 불순물에 대한 구체적인 질량, 경질의 입자 및 연질의 입자 크기에 대한 명확한 요구가 있을 수 있다.
2-액냉판 제조 과정에서 러너 오염 위험이 큰 공정 절차
액냉판류 부재의 가공 제조 과정에서 내부 러너와 냉각 인터페이스 구조의 가공 제조 과정은 재단, 러너 깎기가 포함되는데 이때 기름때, 절삭 냉각수, 기계가공 절삭 부스러기 등의 이물질이 러너에 쉽게 들어갈 수 있다. 또한 절삭 가공 부위가 러너 입구에 있어 보호가 어렵고 절삭 부스러기가 들어간 후에 제거하기가 매우 어렵다.
액냉판 러너판 가공이 완료된 후 용접을 통해 스트립, 워터노즐 등 구성 요소를 폐쇄된 러너로 가공하며 러너 구조는 일반적으로 비선형 구조이고 세척 사각 지대가 있다.
액냉판 용접 후 기계 가공 과정에서 다량의 절삭 냉각액을 이용하여 커터, 공작물을 냉각해야 하는 동시에 다량의 금속 부스러기가 생성된다. 이 공정 절차에서 냉각수, 부스러기 등 오염 물질이 쉽게 유입되며 부스러기가 들어간 후 완전히 제거하기 어려워 러너 오염의 고위험 공정 절차이기도 한다.
3-액냉판 러너 세척과 보호
액냉판 구성 요소의 신뢰성과 성능을 보장하기 위해 일반적으로 엄격한 세척 작업이 수행된다. 세척 시 고압 물총을 사용하여 액냉판 내부의 러너를 세척함으로써 존재 가능한 잔류물, 입자 또는 기타 불순물을 제거한다. 세척 후 액냉판 구성 요소는 러너에 수분 잔류가 없도록 건조시켜야 한다.
액냉판 등 액냉 부품은 제조 과정에서 보호를 잘 하지 않을 경우 쉽게 오염된다. 예를 들어 액냉판 기계 가공 중 금속 절단 부스러기, 기름때, 절삭 냉각수 등 오염이 생길 수 있다. 또한 액냉판 제품의 회전 과정에서도 이물질이 쉽게 들어갈 수 있다. 일반적으로 방진 스티커, 워터노즐 고무 커버 등과 같은 러너 입구 보호를 미리 고려한다.
따라서 액냉판 내부의 러너 세척은 러너 오염을 제거하고 러너 청결도를 향상시키는 데 필요한 조치이다. 생산 실천 과정에서 전체 프로세스의 예방 및 통제를 수행해야 한다. 이를 기반으로 구체적인 구성 요소 및 공정 과정에서 오염 제어 조치를 취해야만 액냉판 러너 내부의 오염을 효과적으로 제어할 수 있다.
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배터리 에너지 저장용 하부박스 맞대기용접 공정 설계
배터리 에너지 저장용 배터리 박스는 에너지 저장 시스템에서 중요한 역할을 한다. 그의 중요한 기능에는 하중 보호, 열 전달 및 온도 균일화, 전기 설치와 방수 밀봉이 포함된다. 배터리의 에너지 밀도에 대한 요구가 점점 높아지고 있는데 알루미늄 합금 재료는 더 높은 열전도 성능과 비교적 낮은 밀도로 인해 알루미늄 합금 재료의 사용은 배터리 시스템의 효율성을 향상시키는 효과적인 솔루션이 되었다.
러너와 박스 측벽의 일체화 성형 설계를 채택하여 주요 하중 지지 부위의 용접 작업을 줄임으로써 전체 구조적 강도를 향상시킬 수 있고, 정적 하중, 리프팅 및 무작위 진동과 같은 다양한 조건에서 구조적 안전과 안정성을 유지할 수 있으며 박스의 기밀성을 어느 정도 개선할 수 있다.
또한 일체화 설계는 부품 수를 감소하고 박스 무게를 줄이는 데 도움이 되며, 압출 성형 공정으로 제조되어 다이 싱킹 비용이 낮고 가공이 편리하고 또 수정하기가 쉬워 다양한 로트의 유연성에 대한 요구를 충족할 수 있다.
1-알루미늄 압출 맞대기용접 에너지 저장용 하부박스의 주요 유형
에너지 저장용 액냉식 하부박스의 너비는 일반적으로790-810mm , 높이는40-240mm 로 평판형과 플랜지형으로 구분되며(아래 그림 참조), 액냉식 하부박스의 길이는 에너지 저장 제품의 용량 등 요인과 관련이 있고, 일반적인 방안에는48s, 52s, 104s 등 다양한 규격이 있다.
평판형 액냉식 하부박스
플랜지형 액냉식 하부박스
2-알루미늄 압출 맞대기용접 에너지 저장용 하부박스의 구조 형식
액냉식 하부박스는 전체 배터리 팩의 기본 구조로서 러너가 있는 바닥판, 스트립, 워터노즐, 테두리, 빔, 브래킷, 리프팅 고리 등 부품이 맞대기용접으로 구성된 직사각형 프레임 구조로 모든 부품은 알루미늄 합금 재질이다.
액냉식 하부박스 부품 조립 안내도
액냉식 하부박스는 충분한 하중 지지력과 구조적 강도가 있어야 하는데, 이는 실제 응용 분야에서의 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해 용접 공정, 용접부 레벨 제어 및 용접 기술 등 용접 품질에 대한 더 높은 요구를 제출하고 있다.
액냉 기술은 하부박스의 기밀성과 액냉 러너의 기밀성을 포함한 액냉식 하부박스의 기밀성에 대해 높은 요구를 제출하고 있다. 또한 액냉 러너는 냉각수 흐름 압력을 견뎌야 하므로 액냉 러너에 대한 기밀성 요구가 더 높다.
3-용접 품질에 대한 요구
일반적으로 액냉식 바닥판은 교반 마찰 용접을 해야 하며, 평판형 액냉식 하부박스의 플러그에 대해서도 교반 마찰 용접을 채택해야 한다. 보통 교반 마찰 용접부의 함몰은 0.5 이하이며, 탈락되거나 진동 조건하에서 금속 이물질이 떨어지는 현상이 있어서는 안된다.
액냉 러너, 테두리, 워터노즐, 리프팅 고리, 빔, 부품 등은 대부분 TIG 용접 또는 CMT 용접을 채택한다. 각기 다른 구성 요소의 성능 요구 차이를 고려하여 액냉 러너, 테두리, 워터노즐, 리프팅 고리 등은 모두 풀용접을 채택하고 빔, 부품 등은 세그먼트 용접을 한다. 전면 및 후면 배터리 모듈 빔 영역의 평면도 단일 모듈은 <1.5mm, 전체 평면도는 <2mm, 테두리 평면도, 단일 테두리 길이가 500씩 증가할 때마다 ±0.5를 한다.
용접부 표면에는 균열, 요구대로 용접되지 않은 부분, 용융되지 않은 부분, 표면 기공, 노출된 슬래그, 풀용접되지 않은 부분 등의 결함이 없어야 한다. 일반적으로 워터노즐 용접부의 높이는 ≤6mm이어야 하고 다른 위치의 용접부는 박스의 아래쪽 표면을 초과하지 않아야 하며 전면 및 후면 모듈 빔의 내부 용접부는 내부 측면보다 돌출되어서는 안된다.
용접부의 용융 깊이는 관련 표준 요구 사항을 충족해야 한다. 아크 용접 이음매는 인장강도가 모재 인장강도의 최저치의 60% 이상이어야 하며, 레이저 용접과 교반 마찰 용접 이음매는 인장강도가 모재 인장강도의 최저치의 70% 이상이어야 한다.
또한 하부박스의 용접은 반드시 기밀성 IP67의 표준도 충족해야 하므로 용접 후 처리의 경우 일반적으로 전면 및 후면 모듈 빔 영역의 용접 슬래그, 용접부를 평평하게 연마해야 한다. 팔레트의 외부 용접에 대해 연마를 해서는 안되며, 밀봉된 표면의 용접부에 대해서는 테두리와 큰 높이 차이가 없도록 평평하게 연마해야 한다.
표: 에너지 저장 형재 맞대기용접 액냉식 하부박스의 공정 모델 선택 및 대표적인 적용
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사각핀 라디에이터 설계
라디에이터의 기능은 일정한 부피의 공간에서 더 높은 열전달 면적을 얻고 구조적 형태를 개선하여 표면에서 주변 유체까지의 열전달 효율을 높이고 표면 처리 등 방법을 구현하여 효과적인 열전달 면적을 증가시킴으로써 방열 강화, 온도 제어 목표를 달성하는 것이다.
부피 출력 밀도, 열 흐름 밀도 요구 사항이 낮은 응용 시나리오에서 사각핀 열 침전은 간단한 구조, 합리적인 제조 비용과 양호한 방열 성능 등 특징이 있어 엔지니어들의 각광을 받고 있다.
Comparision of different heat transfer methods
1-라디에이터 핀 설계
라디에이터는 주로 방열 확장 표면으로 주로 핀의 높이, 형태, 간격 및 기판 두께 등 매개변수를 중심으로 전개된다.
Plate fin heat sink dimensions
위의 그림에 따라 라디에이터의 확장 면적을 계산할 수 있다.
단일 핀의 면적:Af = 2L（h+t/2），
간극부위 면적:Ab=Lh,
방열 부분의 총 면적: At=nAf+(n±1) Ab(n은 핀의 수이다)
Fin sectional view
방열판의 주요 작용은 표면적을 증가시켜 열 전달 효율을 높이는 것이다. 라디에이터 핀의 간격, 두께와 높이는 라디에이터 핀의 수, 분포 및 전개 면적을 결정하는 중요한 요소이다. 위의 그림과 같이 h↑ 또는 t↓일 때 핀은 더 높고 얇고 더 조밀하여 더 큰 방열 확장 면적을 얻을 수 있다.
방열핀의 표면적이 커지면 공기와의 접촉 면적도 그에 따라 증가하여 열이 더 쉽게 방출된다. 엔지니어는 또 물결무늬 모양, 톱니 모양 등과 같이 핀의 모양을 최적화하는 방식을 통해 라디에이터의 확장 면적을 더욱 늘릴 수 있다.
방열핀의 표면적이 클수록 방열효과가 좋지만, 방열핀이 클수록 좋다고 볼 수는 없다. 자연 방열을 사용하든 강제 냉각을 사용하든 라디에이터 핀 사이의 간격은 표면을 흐르는 공기의 열교환 계수를 결정하는 중요한 요소이다.
The impact of Fin spacing and height on heat dissipation efficiency
자연 방열의 경우, 라디에이터 벽면은 표면의 온도변화로 인해 자연 대류를 일으켜 핀 벽면의 공기층(경계층)을 흐르게 되며, 핀 간격이 너무 작으면 자연 대류의 원활한 흐름을 방해한다. 강제 냉각의 경우, 핀 경계층의 두께가 압축되어 핀 사이의 간격이 상대적으로 좁아질 수는 있지만 가공 수단과 동력 요소의 구동력의 영향을 받아 너무 작아지지는 않으므로 실제 설계에서 핀의 두께와 높이의 균형은 매우 중요하다.
2-라디에이터 기판 설계
기판의 두께는 라디에이터의 효율에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 라디에이터 기판이 얇으면 열원에서 멀리 떨어진 핀에 전달되는 열 저항이 더 커서 라디에이터의 온도 분포가 고르지 않고 열 충격에 대한 저항력이 약해진다.
기판 두께를 증가시키면 온도 불균형의 문제를 개선할 수 있고 라디에이터의 열 충격 저항력을 향상시킬 수 있다. 하지만 너무 두꺼운 기판은 열이 축적되어 오히려 열전도 능력을 감소시킨다.
Heatsink working principle diagrammatic sketch
위 그림과 같이:
열원의 면적이 바닥판의 면적보다 작을 경우, 열은 중심에서 가장자리로 확산되어 확산 열 저항을 형성한다. 열원의 위치는 또한 확산 열 저항에도 영향을 미친다. 열원이 라디에이터 가장자리에 가까우면 가장자리를 통해 열이 더 쉽게 전달되어 확산 열 저항이 감소한다.
주: 확산 열 저항은 라디에이터 설계에서 열이 열원의 중심에서 가장자리로 확산되는 과정에서 발생하는 저항을 말한다. 이러한 현상은 일반적으로 열원의 면적이 바닥판의 면적과 크게 다를 때 발생하며, 열은 작은 영역에서 큰 영역으로 확산된다.
3-핀과 기판의 접합 공정
라디에이터 핀과 기판의 접합 공정은 일반적으로 양자 사이의 양호한 열 전도와 기계적 안정성을 보장하기 위해 여러 가지 방법이 있는데 주로 크게 일체 성형과 비일체 성형의 두 가지 범주로 나눈다.
일체 성형의 라디에이터는 라디에이터 핀과 라디에이터 기판이 일체화되어 있어 접촉 열 저항이 없다. 주로 다음과 같은 몇 가지 공정이 있다.
l 알루미늄 다이캐스팅 성형: 알루미늄 잉곳을 녹여 액상으로 만든 후 고압으로 금속 몰드에 충진하고 다이캐스팅기를 통해 직접 다이캐스팅 성형하여 라디에이터를 만들며 복잡한 모양의 라디에이터 핀을 제작할 수 있다.
l 알루미늄 압출 성형: 알루미늄 재료를 가열한 후 알루미늄 재료를 압출 실린더에 넣고 특정 압력을 가하여 특정 다이 구멍에서 흘러나오도록 하여 필요한 단면 모양과 크기의 블랭크를 얻은 다음 절단, 정밀 가공 등 추가 가공을 거친다.
l 냉간 단조 처리의 장점은 세밀한 라디에이터 핀으로 제작할 수 있어 재료의 열전도율이 높지만 비용이 상대적으로 높으며 이형 처리 능력이 알루미늄 압출보다 우수하다.
l 릴리빙 라디에이터 재질은 구리일 수 있다. 열전도율이 높고 핀이 매우 세밀하며, 핀을 기판에서 직접 커터로 삽질할 수 있어 핀의 높이가 높고 길이가 길면 응력의 영향을 받아 핀이 변형되기 쉽다.
비일체 성형, 라디에이터 핀과 라디에이터 기판을 별도로 가공한 다음 라디에이터 핀을 용접, 리벳팅, 접착 등 공정을 통해 접합시킨다. 주로 다음과 같은 몇 가지 공정이 있다.
l 용접식: 핀과 기판을 금속 접합제를 이용하여 용접으로 연결시키며 고온 납땜과 저온 솔더페이스트 용접이 있다.
용접 열전달 성능이 우수하다. 솔더페이스트로 Al 기판과 핀을 용접하려면 먼저 니켈 도금이 필요한데 이는 비용이 많이 들어 대형 라디에이터에는 적합하지 않는다. 납땜은 니켈 도금이 필요하지 않지만 용접 비용이 여전히 높다.
l 리벳팅식: 핀을 기판의 홈에 삽입한 후 몰드를 통해 홈을 중앙으로 압출하여 핀을 단단히 감싸서 굳게 결합된다.
리벳팅식의 장점은 열전달 성능이 우수하다. 하지만 리벳팅된 제품은 반복 사용 후 틈새 및 헐거움의 위험이 있다. 리벳팅 공정을 개선하여 신뢰성을 높일 수 있지만 그에 따라 비용이 증가하므로 리벳팅식의 탭 라디에이터는 신뢰성 요구가 높지 않은 경우에 많이 사용된다.
l 접착식: 일반적으로 열전도성 에폭시 수지를 사용하여 핀과 기판을 단단히 접착하여 열 전도를 실현한다.
접착식은 열전도성 에폭시 수지를 사용하여 용접에 비해 열전도율이 훨씬 낮지만 FIN이 높은 고배율, 작은 간격의 라디에이터에 적합하다. 방열 성능에 대한 요구가 높지 않은 시나리오에서 사용할 수 있다.
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유체 시뮬레이션
모의 소프트웨어를 사용하여 방열판과 냉각판의 열 방출 성능 분석
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응용 시나리오
근무 조건:높은 열유속 시나리오
설치 레이아웃:단면 설치
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 좋은 방열 효과
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응용 시나리오
기술：알루미늄 프로파일 재단사 용접
레이아웃 및 설치:하단 액체 냉각
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 가벼운 무게, 좋은 냉각 효과
열교환
냉각수는 펌프에 의해 구동되는 파이프를 통해 순환됩니다.냉각수는 서버 내부의 열교환기를 통과하면서 고온의 부품(CPU, GPU 등)과 열을 교환하여 열을 빼앗아갑니다.
Lori Customer Cases
Lori is a heat sink manufacturer of design and manufacturing high power heat sink, we have provided innovative thermal solutions for many high power industry device such as Aerospace industry,Medical, Communication server, Consumer Electronics etc. Our solutions include high power heat pipe thermal mould, liquid cooling system, staked fin heat sink solution etc.
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액체 냉각 기술의 특징
액체 냉각 솔루션의 기본 원리: 액체 냉각은 액체를 냉매로 사용하고 액체 흐름을 사용하여 데이터 센터 IT 장비의 내부 구성 요소에서 발생하는 열을 장비 외부로 전달하여 IT 장비의 가열 구성 요소가 냉각되어 장비의 안전한 작동을 위한 IT 기술을 보장합니다.
액체 냉각의 장점: 액체 냉각은 에너지 효율이 매우 높고 열 밀도가 매우 높으며 열을 효율적으로 발산할 수 있으며 고도, 지역, 온도 및 기타 환경의 영향을 받지 않습니다.
Walmate의 냉각판 액체 냉각 솔루션:
냉판액냉식은 가열장치의 열을 액체냉각판(보통 구리, 알루미늄 등 열전도성 금속으로 구성된 폐쇄공동)을 통해 순환관로에 둘러싸인 냉각액에 간접적으로 전달하는 방식으로, 냉각수를 통해 열을 방출합니다.냉각판 액체 냉각 솔루션은 가장 높은 기술 성숙도를 갖추고 있으며, 고전력 소비 장비의 배치 문제를 해결하고, 에너지 효율을 개선하고, 냉각 운영 비용을 절감하고, TCO(총 소유 비용)를 절감하는 효과적인 응용 솔루션입니다.
AI 및 슈퍼컴퓨팅 분야의 방열 요구사항 특성
높은 전력 소비와 높은 밀도는 데이터 센터의 미래이며, 액체 냉각은 AI 서버의 주류 냉각 솔루션이 될 것입니다.
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DFM 최적화 제안
생산 과정에서 발생할 수 있는 잠재적인 오류와 결함을 줄여 제품이 설계 요구 사항을 충족하는 품질 기준을 보장합니다.
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응용 시나리오
근무 조건:높은 열유속 시나리오
설치 레이아웃:단면 설치
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 좋은 방열 효과
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응용 시나리오
기술：알루미늄 프로파일 재단사 용접
레이아웃 및 설치:하단 액체 냉각
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 가벼운 무게, 좋은 냉각 효과
수냉식 서버가 점점 더 대중화되는 이유는 무엇입니까?
●대형 모델과 AIGC의 인기로 인해 다양한 지역에서 지능형 컴퓨팅 센터 및 컴퓨팅 파워 센터 건설이 급증했습니다.
●"이중 탄소" 정책이 지속적으로 발전함에 따라 국가는 데이터 센터 PUE에 대한 더 높은 요구 사항을 제시했습니다.핵심 IT 인프라로서 서버는 열 방출 및 "탄소 에너지 이중 테스트"와 같은 다양한 압력을 견뎌야 합니다.
●칩의 화력이 공기 냉각의 한계에 도달했습니다.서버에 액체 냉각 기술을 적용하는 것은 선호되는 방법 중 하나가 되었습니다.
기술 및 비즈니스 동향
대형 모델 등 일련의 AIGC 제품이 상용화되면서 AI 서버에 대한 수요가 급증할 것이며, 고성능 CPU와 GPU 칩이 대량 탑재되면서 AI 서버 전체의 전력 소모도 높아질 전망이다.
CPU 측면에서는 코어 수가 증가함에 따라 프로세서 성능이 지속적으로 향상되어 프로세서 성능이 지속적으로 증가합니다. 특수한 시나리오(예: 고성능 클라우드 컴퓨팅)에서는 프로세서가 컴퓨팅 성능을 향상하고 더욱 향상시키기 위해 오버클럭을 사용합니다. 전력 소비.
GPU의 경우, 최신 제품 중 일부는 최대 700W의 전력 소비를 가지며 이는 기존 공랭식 시스템의 열 방출 성능을 초과합니다.
미래에 AI 클러스터의 컴퓨팅 전력 밀도는 일반적으로 캐비닛당 20~50kW에 도달할 것으로 예상됩니다. 자연 공기 냉각 기술은 일반적으로 격리된 열기 및 냉기 덕트와 수냉식 에어컨을 갖춘 마이크로 모듈만 지원합니다. 수평 냉각의 경우 캐비닛 전력이 15kW를 초과하면 비용 성능이 크게 저하됩니다. 냉각 및 냉각 솔루션의 성능과 경제적 이점이 점차 강조됩니다.
열 방출
냉각수는 라디에이터를 통해 환경으로 열을 방출하고 낮은 온도를 유지함으로써 서버의 지속적이고 안정적인 작동을 달성합니다.
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제품 테스트
우리는 고객의 요구를 충족시키기 위해 맞춤형 테스트 프로그램을 제공합니다.
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응용 시나리오
근무 조건:높은 열유속 시나리오
설치 레이아웃:단면 설치
일반적인 응용 분야: 고객 맞춤화
특징: 좋은 방열 효과
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