전기자동차(EVs)는 배터리를 통해 생성된 전기에너지로 구동하는 친환경 자동차이다. 전기자동차의 전기에너지 동력원인 리튬 이온 배터리는 충·방전 시 배터리의 내부반응으로 인한 배터리 열이 발생하게 된다. 배터리의 수명과 성능 효율을 높이기 위해서는 배터리 온도를 20 ℃~40 ℃의 온도 범위로 유지해야 하므로 배터리 열관리 시스템(Battery Thermal Management System, BTMS)을 통한 효과적인 냉각은 매우 중요하다. 전기자동차 배터리는 주행모드에 따라 배터리의 열 발생률, 열발생 분포, 작동 시간 등에 차이가 있기에 각 주행모드에 따라 효과적인 냉각 시스템은 다를 수 있다. 본 연구에서는 다양한 주행모드에 따라 적절한 BTMS를 제안하기 위해 Radiator와 PCM(Phase Change Material)이 적용된 전기자동차 BTMS의 과도 온도 특성을 파악하였다. PCM은 배터리의 열폭주(Thermal runaway) 방지 및 배터리의 균일한 온도 분포 유도 등의 긍정적인 효과로 BTMS 적용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
먼저, BTMS의 과도 온도 특성 파악을 위해 배터리, Cooler, Radiator 그리고 PCM의 지배방정식을 도출하였다. 그리고 각 구성 요소를 조합하여 BTMS 부착 여부에 따라 4가지의 Case를 디자인하였다.
둘째, ADVISOR software를 통해 다양한 주행모드에 따른 배터리 열발생률을 도출하였다. 고속도로 주행모드(HWFET), 도심 주행모드(UNIF01) 그리고 가속 및 급정지 주행모드(HL07)의 세 가지 주행모드를 선정하였다.
마지막으로, MATLAB software를 이용한 Time-Dependent Analysis를 수행하였고 각 주행모드에 따른 배터리의 과도 온도 특성을 파악하여 적절한 BTMS를 제시하였다. HWFET 주행모드의 경우 배터리 열이 급격하게 상승하는 경우가 적어 Radiator만으로 열관리가 가능했다. 그러나 UNIF01 및 HL07 주행모드의 경우 차량의 급정거 및 급가속 구간이 비교적으로 많아 배터리의 열발생률이 급격하게 변하는 경향이 있어 PCM이 요구되었다. PCM은 빠르게 상승한 배터리의 열을 흡수하여 배터리 온도가 계속 상승하는 것을 방지하였다. 따라서 급정거 및 급가속이 많은 주행모드에 대해 PCM 적용 BTMS는 매우 유용하다고 할 수 있다.