열을 통합 냉각 인서트(integrated cooling insert)한 전기자동차(EV) 배터리 모듈의 열적 성능을 계산유체역학(CFD)을 이용해 수치적으로 분석하였다. 12개의 NCM 프리즘형 셀을 모듈에 패키징하였고, 각 셀은 냉각 인서트에 의해 인접 셀과 물리적으로 분리되도록 구성하여 모듈의 열적 성능을 향상시키도록 설계하였다. 배터리 셀과 냉각 인서트는 열계면재(TIM)와 액체 냉각이 통합된 냉각 플레이트에 부착되었으며, 냉각수는 50/50 에틸렌 글리콜-물(EGW) 혼합물을 사용하였다. 방전율(discharge rate)을 기반으로 한 발열 모델을 사용하여 열유속과 온도 분포 등 모듈의 열적 반응을 평가하였다. 열 특성은 다양한 방전율, 냉각수 유량, 인서트 두께, 그리고 재료 조건에서 연구하였다. 그 결과, 냉각 인서트는 3 mm 두께에서 냉각수 유량 4 L/min일 때 셀 온도를 1.4 °C 낮추고 열유속을 15.6% 증가시키는 것으로 나타났다. 또한 플라스틱 및 금속 재료 특성을 갖는 냉각 플레이트도 함께 연구하였으며, 각각 최대 0.7 °C 및 1.0 °C의 온도 감소가 관찰되었다. 더불어 냉각수 유량 9 L/min에서 모든 12개 셀에 대해 온도 균일성은 0.3 °C 이내로 유지되었다. 본 연구 결과는 생산 EV에 용이하게 적용될 수 있는, 배터리 모듈 내(intra-cell) 소형이면서 저비용인 열확산기(heat spreader)의 개발로 이어질 수 있을 것이다.

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