열 RC 네트워크 모델 기반의 전기자동차 배터리 팩 냉각시스템 열 시뮬레이션 프레임워크 및 냉각시스템 최적화 응용

Abstract

전기자동차의 성능이 급속도로 높아지고, 배터리의 에너지 밀도가 높아짐에 따라, 최근 배터리 팩 설계에 있어 발열 특성은 가장 중요하게 고려되어야 할 사항이다. 전기자동차의 사양 및 주행 상태에 따라 변화하는 배터리의 전기적, 열적 특성은 서로 복합적인 연관이 있으므로 최적화를 위해서 전체 시스템 수준의 전력 소모와 온도 분포를 설계 및 운용 단계에서 빠르게 분석하는 시뮬레이션 환경이 필요하다. 하지만 배터리 제조사의 경우, 배터리를 탑재할 차량에 대한 정보가 충분하지 않으므로 차량과 배터리의 통합 시뮬레이션 환경 구축에 어려움이 있다. 따라서, 본 논문에서는 차량 시뮬레이션 환경을 사용하여 제한된 차량 정보를 기반으로 전기자동차의 모델링 및 검증 방법을 소개하고, 물리적 구조를 고려한 열 RC 네트워크 모델에 기반하여 적절한 복잡도로 구성된 배터리 팩의 열 시뮬레이션 모듈을 차량 시뮬레이션 환경에 결합한 시스템 수준의 전기자동차 시뮬레이션 환경을 제작한다. 개발한 시뮬레이션 환경은 기존의 단순한 열 RC 네트워크 모델을 사용해서 온도를 예측하는 연구에서는 풀 수 없는 냉각수 유량 최적화 같은 설계 문제를 풀 수 있다. 시뮬레이션 환경의 유용성을 보이기 위한 사례 연구로 배터리 팩 냉각수 유량의 간단한 최적화를 진행하고 이에 따른 최적의 냉각 펌프 모델을 선정하는 방법을 소개한다.