전기 자동차(EV) 출시를 보거나 EV 소유자와 주행 거리 불안, 배터리 성능 저하 또는 고속 충전 속도에 대해 이야기해 본 적이 있다면 배터리 온도가 EV 성능에 얼마나 중요한지 이미 알고 계실 것입니다.배터리 열 관리 시스템(BTMS)리튬 이온(Li-ion) 배터리를 최대한 활용하는 데 있어서 대부분의 EV 직접 액체 냉각의 핵심은 오늘날 시장에서 가장 효율적이고 적응 가능한 솔루션 중 하나로 돋보입니다.
전문 용어를 사용하지 않고 간단하게 설명하겠습니다. EV 배터리는 정상 작동 중에 열을 발생시킵니다. 즉, 가속할 때, 주행할 때, 충전할 때, 심지어 더운 날 주차할 때에도 열이 발생합니다. 리튬 이온 배터리는 연속 사용 시 25°C ~ 40°C(77°F ~ 104°F) 사이로 좁고 이상적인 온도 범위를 가지며, 고속 충전 시에는 훨씬 더 엄격해집니다(보통 10°C ~ 35°C). 너무 추우면 배터리 화학 반응이 느려지고 영하의 날씨에는 주행 거리가 급격히 줄어들며 충전 시간이 두 배 더 오래 걸립니다. 온도가 너무 높으면 배터리 수명이 2~3배 더 빨라지고 열 폭주 위험(심각한 안전 위험)이 발생하며 일관성 없는 전력을 공급할 수 있습니다.
이것이 열 관리가 필요한 곳입니다. 수년 동안 자동차 제조업체는 보급형 EV에 공냉식을 사용했습니다. 이는 저렴하고 간단하며 저전력 배터리에 적합합니다. 그러나 EV가 더 커지고(SUV 및 픽업트럭을 생각해 보세요) 더 빠른 충전이 필요하고 더 긴 주행 거리가 필요해짐에 따라 공기 냉각은 한계에 부딪힙니다. 공기는 너무 많은 열을 운반할 수 있으며, 밀도가 높은 배터리 팩의 모든 셀에 도달하는 것은 비효율적입니다. 특히, 주행 거리를 늘리기 위해 팩에 더 많은 셀이 포장되기 때문에 더욱 그렇습니다. 이것이 바로 액체 냉각이 인기를 얻은 이유이며, 액체 냉각 내에서 직접 액체 냉각이 현대 프리미엄 및 중급 EV의 표준이 되었습니다.
그렇다면 직접 액체 냉각이란 정확히 무엇입니까? 간접 액체 냉각(배터리 모듈 외부에 장착된 금속판 또는 튜브를 사용하고 플레이트와 냉각기 사이에 냉각수 순환)과 달리 직접 액체 냉각은 배터리 셀 자체를 유전체(비전도성) 액체에 직접 담그는 방식입니다. 이것이 핵심입니다. 유전체 액체는 전기를 전도하지 않으므로 전지 내부의 전기 부품에 닿지 않아 전지 케이스가 손상되더라도 단락의 위험이 없습니다.
그 차이를 구체적으로 만들어 보겠습니다. 간접 냉각은 셀 표면의 열을 금속판, 냉각수, 라디에이터로 전달하는 방식으로 작동합니다. 이 프로세스에는 몇 가지 장벽이 있습니다. 금속판은 무게를 더하고, 판과 셀 사이의 틈은 열 저항을 생성하며(예: 뜨거운 난로와 냄비 사이의 단열층), 틈에 갇힌 공기는 열 전달 효율을 감소시킬 수 있습니다. 직접 냉각은 중간층을 모두 제거합니다. 액체는 모든 셀을 둘러싸고 셀 표면에서 직접 열을 흡수합니다. 따라서 열 전달은 공기 냉각보다 훨씬 직접적이고 간접 액체 냉각판보다 우수합니다. 냉각수가 판 뒤가 아닌 셀 표면에 닿기 때문입니다.
이러한 효율성은 EV 운전자와 자동차 제조업체에게 실질적인 이점으로 이어집니다. 첫째, 더 빠른 열 반응: 고속 충전 시 배터리는 매우 빠르게 많은 열을 발생시킵니다. 직접 냉각은 밀리초 안에 열을 방출하여 팩을 이상적인 온도 범위 내로 유지하므로 충전이 완료되기 전에 배터리가 식을 때까지 10~15분을 기다릴 필요가 없습니다. 직접 냉각을 사용하는 일부 자동차 제조업체는 한 번에 10~80%의 충전 상태(SoC) 고속 충전을 완료할 수 있지만, 공냉식 팩은 열 방출 속도에 따라 제한됩니다.
둘째, 배터리 수명이 길어집니다. 팩 전체에 걸쳐 핫스팟이나 콜드스팟 없이 모든 셀을 균일한 온도로 유지함으로써 직접 냉각을 통해 고르지 못한 성능 저하를 줄입니다. 간접 냉각은 종종 팩 전체에 걸쳐 5~10°C의 온도 변화를 가지며, 더 뜨거워진 셀은 더 빨리 노화됩니다. 직접 냉각은 세포 간 변화를 몇도 정도로 유지하므로 가장 뜨거운 세포가 감소하는 대신 모든 세포가 비슷한 속도로 노화됩니다. 자동차 제조업체의 경우 이는 보증 청구 횟수가 줄어들고 몇 년마다 EV 배터리를 교체할 필요가 없는 고객이 더 행복해짐을 의미합니다.
셋째, 팩 디자인의 유연성입니다. 직접 액체 냉각은 원통형, 파우치, 각형 등 거의 모든 배터리 셀 형식에서 작동합니다. 이는 자동차 제조업체가 에너지 밀도를 높이기 위해 새로운 셀 설계를 개발함에 따라 큰 장점이 됩니다. 액체가 세포를 잠기게 하기 때문에 열 축적에 대한 걱정 없이 밀도가 높은 팩으로 배열할 수 있으므로 동일한 공간에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있으며 이는 주행 거리 측면에서 큰 이점입니다. 예를 들어, 직접 냉각 방식을 사용하는 2024년형 중형 SUV는 한 번 충전으로 350마일을 주행할 수 있는 반면, 유사한 공랭식 모델은 280마일에 불과합니다.
이제 직접 액체 냉각은 완벽하지 않으며 장단점을 찾아내는 것이 중요합니다. 첫째, 액체 선택이 중요합니다. 유전체 액체는 비전도성이어야 하고, 열 효율적이어야 하며, 배터리 재료와 호환되어야 하고(전지 케이싱이나 씰과 부식이나 화학 반응이 없어야 함) 극한의 온도에서도 안정적이어야 합니다. 잘못된 액체는 누출되거나, 셀을 저하시키거나, 시간이 지남에 따라 전도성이 되어 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 둘째, 시스템은 공랭식보다 무겁고 복잡합니다. 씰, 펌프, 호스 및 냉각 루프가 필요하므로 공랭식보다 무게가 더 나가고 초기 비용도 더 많이 듭니다. 저가형 EV의 경우 추가 비용이 장벽이 될 수 있지만, 생산 규모가 커질수록 가격은 낮아지고, 생산 규모가 커질수록 비용 격차도 줄어들고 있습니다.
또 다른 주요 고려 사항은 유지 관리입니다. 직접 냉각 시스템은 누출, 유체 수준 및 유체 상태를 정기적으로 점검해야 하지만 현대 시스템은 다른 자동차 유체와 유사하게 5~7년마다 서비스가 필요한 밀봉 루프를 사용합니다. 운전자에게는 이는 간접 냉각에 비해 추가적인 번거로움이 없음을 의미하지만, 자동차 제조업체에서는 서비스 일정을 설계할 때 중요한 요소입니다.
EV 배터리 열 관리를 따르고 있다면 아마도 지난 5년 동안 직접 액체 냉각으로의 전환을 눈치챘을 것입니다. Tesla의 초기 EV는 간접 냉각을 사용했지만 Model Y, Cybertruck 및 새로운 4680 셀 팩은 더 빠른 충전과 더 높은 에너지 밀도를 지원하기 위해 직접 냉각으로 전환했습니다. Ford Mustang Mach-E, Volkswagen ID.4, Hyundai Ioniq 5와 같은 인기 있는 EV도 모두 일종의 직접 액체 냉각 방식을 사용합니다. 이러한 변화는 단순한 추세가 아니라 운전자가 원하는 것, 즉 더 긴 주행 거리, 더 빠른 충전, 자동차 수명 동안 지속되는 배터리에 대한 대응입니다.
저희 회사에서는 전문적으로전기 자동차 배터리 시스템의 열 관리10년 넘게 직접 액체 냉각이 우리 작업의 핵심입니다. 우리는 각 자동차 제조업체의 고유한 팩 설계 및 성능 목표에 맞게 맞춤화되어 모든 주요 셀 형식에서 작동하는 맞춤형 유전체 유체, 냉각 루프 및 통합 솔루션을 설계합니다. 배터리 열 시스템을 업그레이드하려는 자동차 제조업체, 차량 운영자 또는 엔지니어링 팀인 경우, 당사는 주행 거리, 안전 및 수명을 최적화하는 데 도움이 되는 전문 지식을 보유하고 있습니다.
EV에서 열 관리 시스템이 어떻게 작동하는지 자세히 알아보려면 당사 팀에서 기본 사항을 자세히 설명하는 전용 페이지를 참조하세요.전기차 배터리 열 관리. EV 배터리에서 열 관리의 구체적인 역할에 대해 자세히 알아보려면 전기 자동차 배터리 시스템의 열 관리를 확인하세요. EV 배터리 성능을 위해 특별히 설계된 시스템에 초점을 맞추고 있다면 당사에서 자세한 내용을 확인할 수 있습니다.EV 배터리 열 관리 시스템페이지. 배터리 열 기술에 대해 더 자세히 알아보려면 배터리 열 관리 시스템을 방문하고, 열 시스템이 모든 유형의 전기 자동차와 어떻게 통합되는지에 대한 자세한 내용은 전기 자동차용 열 관리 시스템을 참조하세요.
새로운 EV 팩을 설계하든, 기존 시스템을 최적화하든, 특정 열 문제를 해결하려고 하든, 당사는 배터리를 최대한 활용하는 데 필요한 전문 지식과 솔루션을 제공할 수 있습니다. 귀하의 요구 사항을 논의하려면 지금 당사 팀에 문의하여 직접 액체 냉각과 이것이 귀하의 EV 프로젝트에 어떻게 도움이 될 수 있는지에 대한 대화를 시작하십시오. 우리는 귀하가 전 세계 운전자를 위해 더욱 안전하고 효율적이며 장거리 EV를 제작할 수 있도록 지원하기를 기대합니다.
