배터리 열관리용 냉각 플레이트 및 열교환 구조 열유체 최적화 연구

Thermofluidic optimization for battery cold plates and heat exchange structures

연구 내용

냉각 플레이트의 형상과 공정 변수를 설계 변수로 두고 열저항과 압력손실을 함께 고려하여 배터리 셀의 온도 균일성을 개선하는 연구

배터리 운전 중 발생하는 국부 열부하를 완화하기 위해 냉각 플레이트의 유로 형상과 열전달 특성을 연계하여 해석하고 최적화하는 연구를 수행합니다. 위상최적화 기반 냉각 구조와 다공성·증기압축 환경을 반영한 열대류 모델을 적용하여 열저항과 압력손실의 상충 관계를 정량화합니다. 또한 오프셋 스트립 핀, 멀티 세르펜타인 채널, 설치 간격과 같은 기하 파라미터를 목적함수로 두고 수리적·수치적 최적화를 통해 온도 균일성 향상 설계를 도출합니다. 제조 단순성을 고려한 형상 제안을 통해 냉각 효율을 높이면서 시스템 적용성을 확보하는 차별성을 보유합니다.

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연구 흐름

초기에는 위상최적화로 냉각 플레이트의 열성능을 개선하는 접근을 통해 유체 유동과 열전달의 민감도를 파악했습니다. 이후 리튬이온 배터리 셀을 대상으로 공극을 갖는 다공성 냉각 구조에서 대류 구동 방식과 압력손실을 함께 해석하여 열관리 설계의 기본 모델을 확립했습니다. 이어서 오프셋 스트립 핀과 채널 설치 간격 같은 구조 파라미터를 목적함수에 포함하여 열전달 증대와 온도 편차 저감을 동시에 노리는 최적화로 확장했습니다. 최근에는 설계 변수 범위를 넓혀 배터리 모듈 단위에서의 온도 균일성 확보와 유로의 실용적 구성 조건을 함께 만족시키는 방향으로 연구를 수행하고 있습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

배터리 모듈 온도 균일성 설계
액체 냉각 냉각판 형상 최적화
열저항 기반 냉각 성능 예측
압력손실-열전달 동시 최적 설계
오프셋 핀 기반 고성능 냉각 유로
다공성 매체 냉각 구조 설계
전기차 배터리 열관리 시스템 설계
데이터 기반 열관리 제약조건 도출
열전달 표준화 시험 설계
열화 저감형 냉각 시스템 검증