Introduction
리튬이온 배터리는 휴대폰뿐만 아니라 전기차에도 널리 사용됩니다. 매일 사용하기에 매우 편리하지만 항상 안전 문제가 있습니다. 바로 열 폭주입니다. 열 폭주는 배터리 화학 반응이 에너지를 방출, 온도를 더욱 높여 잠재적으로 파괴적인 결과를 초래할 때 발생합니다. 과충전 또는 고온 환경 조건의 경우 안타깝게도 리튬 이온 배터리의 특성상 열 폭주의 위험이 높습니다. 연구원과 엔지니어는 이러한 배터리의 수명과 자산을 보호하기 위해 열 폭주 동작에 대해 항상 주시하고 있습니다.
배터리 시스템에서 열폭주를 방지하는 것이 중요하며, 열폭주에 대한 시뮬레이션 기능은 잠재적 재해를 예측하는 데 점점 더 중요해지고 있습니다.
Solution
Dassault Systèmes 팀은 Abaqus를 사용해서 유저 서브루틴(user subtourine)으로 열 폭주를 시뮬레이션 했습니다. 열폭주 모델은 SEI 및 전해질 분해를 고려한 Arrhenius 유형 공식을 유저 서브루틴의 장점을 활용하여, 성공적으로 모델링될 수 있습니다.
실제로 열폭주에 대한 배터리의 재료 특성은 테스트 결과로 보정해야 합니다. 하나의 원통형 셀의 경우 그림은 열 폭주 동안 온도가 어떻게 변화하는지 보여줍니다.
Abaqus는 2D 모델과 3D 모델에서 열폭주를 성공적으로 시뮬레이션할 수 있습니다. 아래 그림은 2D 및 3D 모델에서 시간이 왼쪽에서 오른쪽으로 표시될 때 열폭주가 어떻게 발생하는지 보여줍니다.
전기 자동차의 열 폭주는 매우 위험할 수 있지만 엔지니어는 이러한 차량을 승객에게 더 안전하게 만들고 열 폭주의 영향을 줄이거나 최소한 감속하여 화재나 폭발이 발생하기 전에 승객이 탈출할 수 있도록 하는 방법을 개발하고 있습니다. 물론 열 폭주가 전혀 발생하지 않도록 하는 것이 전반적으로 더 좋을 것입니다. Abaqus를 사용한 시뮬레이션은 열 폭주로 이어지는 조건을 예측할 수 있으므로 엔지니어는 이 잠재적으로 재앙적인 사건에 저항할 수 있는 배터리를 더 잘 설계할 수 있습니다.