원통형 및 각형 LTO 배터리의 형상에 따른 열폭주 수치해석 연구

초록

리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 긴 사이클 수명, 빠른 충전 등의 특성을 가짐에 따라 다양한 산업 분야, 특히 운송 분야에 널리 사용되고 있다. 이러한 장점에도 불구하고 배터리의 열폭주 및 열전이 발생 위험에 따라 안전을 보장하는 것이 여전히 중요한 문제로 남아 있다. 배터리 셀의 열폭주에 대한 다양한 연구가 진행되어 왔다. 하지만 배터리의 형태를 고려한 연구는 아직 진행되지 않았다. 따라서 본 연구는 리튬 티타네이트(LiTisO12, LTO) 배터리의 형태가 열폭주에 미치는 영향을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 통해 알아보았다. Equivalent Circuit Model (ECM) 기반 배터리 전기적모델과 열폭주 모사를 위한 NERL's four-equation을 사용하였다. 원통형 셀과 각형 셀을 모델링하였으며, 열폭주는 히터에 의한 외부 발열 조건에 의해 발생하는 것으로 설정하였다. 해석 결과를 바탕으로 열폭주 현상을 4개의 구간으로 구분하였으며, 형상별로 열폭주 도달 시간 및 최대온도를 비교하였다. 면적비가 동일한 히터를 적용하였을 때 열 방출이 더 용이한 구조인 각형 셀이 원통형 셀에 비해 열폭주가 느리게 발생하였다.