As the performance of electric vehicles improves rapidly and the energy density of batteries increases, heating characteristics are the most important considerations in recent battery pack designs. Since the electrical and thermal characteristics of batteries vary according to the specifications and driving conditions of electric vehicles, a simulation environment is needed to quickly analyze the entire system-level power consumption and temperature distribution during the design and operation stages for optimization. However, battery manufacturers have difficulty in establishing an integrated simulation environment between the vehicle and the battery because they do not have enough information on the vehicle in which the battery is to be mounted. Therefore, in this paper, we introduce the modeling and verification method of an electric vehicle based on limited vehicle information using a vehicle simulation environment and create the vehicle battery pack thermal simulation module with an appropriate complexity based on the thermal RC network model considering physical structure. We couple the thermal simulation module to the electric vehicle simulation environment, creating a system-level electric vehicle simulation environment. The simulation environment solves design problems such as coolant flow rate optimization that cannot be solved by using existing simple thermal RC model-based research. A case study to demonstrate the usefulness of the simulation environment is presented with a simple battery pack coolant flow rate optimization and a method of selecting an optimal cooling pump model accordingly.
전기자동차의 성능이 급속도로 높아지고, 배터리의 에너지 밀도가 높아짐에 따라, 최근 배터리 팩 설계에 있어 발열 특성은 가장 중요하게 고려되어야 할 사항이다. 전기자동차의 사양 및 주행 상태에 따라 변화하는 배터리의 전기적, 열적 특성은 서로 복합적인 연관이 있으므로 최적화를 위해서 전체 시스템 수준의 전력 소모와 온도 분포를 설계 및 운용 단계에서 빠르게 분석하는 시뮬레이션 환경이 필요하다. 하지만 배터리 제조사의 경우, 배터리를 탑재할 차량에 대한 정보가 충분하지 않으므로 차량과 배터리의 통합 시뮬레이션 환경 구축에 어려움이 있다. 따라서, 본 논문에서는 차량 시뮬레이션 환경을 사용하여 제한된 차량 정보를 기반으로 전기자동차의 모델링 및 검증 방법을 소개하고, 물리적 구조를 고려한 열 RC 네트워크 모델에 기반하여 적절한 복잡도로 구성된 배터리 팩의 열 시뮬레이션 모듈을 차량 시뮬레이션 환경에 결합한 시스템 수준의 전기자동차 시뮬레이션 환경을 제작한다. 개발한 시뮬레이션 환경은 기존의 단순한 열 RC 네트워크 모델을 사용해서 온도를 예측하는 연구에서는 풀 수 없는 냉각수 유량 최적화 같은 설계 문제를 풀 수 있다. 시뮬레이션 환경의 유용성을 보이기 위한 사례 연구로 배터리 팩 냉각수 유량의 간단한 최적화를 진행하고 이에 따른 최적의 냉각 펌프 모델을 선정하는 방법을 소개한다.
