배터리 팩 설계 인수인계 글

[22 최영훈]

안녕하세요 여러분 작년에 배터리 쪽을 담당했던 22학번 최영훈이라고 합니다. 슬슬 카페 글을 써보려고 합니다. 제 기억에 의존하여 적는 것이기 때문에 추가적으로 궁금하거나 글을 써주었으면 좋겠는 부분은 댓글이나 개인적 연락으로 부탁드립니다.

 첫 번째 글은 배터리 설계 때 참고했던 자료들

 두 번째 글은 배터리 패키징 때 발견한 설계의 문제점& 반성

이렇게 작성해보도록 하겠습니다.

<첫 번째 글: 배터리 설계 때 참고했던 자료들>

1. 세그먼트 설계

 -전기적 설계

 세그먼트에 있어서 전기 설계는 우리 세그먼트의 #S#P를 결정하는 행위를 말합니다. 본 설계는 전기차에 있어서 동력의 근본적인 기초를 담당하므로 배터리 담당하는 사람이 하는 첫 번째 설계이자 가장 중요한 설계입니다. 저는 세그먼트의 전기적인 부분을 설계할 때 다음과 같은 부분을 참고했습니다.

(1) 타 학교 설계 보고서 

KSAE에서는 매년 우수한 팀의 설계 보고서를 업로드해줍니다. 그렇기에 KSAE 홈페이지에서도 우수 설계 보고서를 찾아볼 수 있고, 어울수레 DRIVE에서도 보고서를 찾아볼 수 있습니다. 물론 우수한 팀은 대부분 600V 급으로 참가하기에 직접적으로 도움된다고 볼 수 없지만, 설계자가 어떤 생각으로 세그먼트를 설계했는지 알 수 있습니다. 일례로 국민대학교 2021 보고서에는

라고 적혀져 있습니다. 저는 이 부분을 통해서 세그먼트의 전기적인 설계는 세그먼트의 기계적 모양에도 영향을 주니 둘을 분리해서 고려하는 것이 아니라 함께 설계해야 한다는 것을 알게 되었습니다. 다른 우수 보고서에서도 알 수 있는 것이 많으니 최대한 많이 읽어보시길 바랍니다.

(2) OPTIMUM LAP

 옵티멈랩은 차량 퍼모먼스 시뮬레이션 프로그램으로 원래는 엔진차만을 지원하는 프로그램이나 별도의 방법을 이용해 개략적인 전기차 필요 용량을 계산할 수 있습니다. 옵티멈랩 결과 4.7KWH의 용량이 나왔지만 여기에 마진값을 더해 최종 5.4Kwh가 되었습니다. 4.7kwh라는 값은 내구레이스 한 바퀴를 돈 값에 32를 곱한 정말 단순하고 무식한 값입니다. 전기차의 용량에는 차량의 동역학적인 부분인 하중이동도 고려되어야 하며 시간- 전압 그래프가 선형이 아닌 삼차함수 모양이므로 단순히 곱하기 32를 해서도 안 됩니다. 한양대가 이 방법을 쓴다고 해서 써봤지만 그리 좋은 방법같진 않아 보입니다. kust 회장님이 말하시길 최소한 옵티멈값에 180%로 설계해야된다고 합니다... 내년에는 타대학 팀 것을 벤치마킹하는 것이 가장 좋은 방법일 것 같습니다.(많은 팀이 실험적으로 나온 값을 쓰는데 우린 실험을 해본적이 없으니 벤치마킹이 최선!)

(3) HV 부품들의 정격전압

 배터리의 전압이 부품들의 정격전압보다는 높아서는 안 되므로 이 부분도 반드시 고려해야 합니다. 

지금까지 쓴 것은 Reference 값들입니다. 이 값들을 가지고 '토크와 최고속력(=rpm) 각각에 얼마나 투자할지', '전류가 높으면 발열량이 높아진다는 문제' 등등을 생각하며 최적의 세그먼트 전기값을 설계하시길 바랍니다!

+올해 검차를 하면서 배터리 셀 자체에 대해 지적을 받았기에 아마 배터리 셀들을 다시 사셔야할 겁니다. 배터리 셀마다의 특징이 있기에 공부하고 나서 사셨으면 좋겠습니다. (도움이 될만한 자료 첨부합니다.)

-기계적설계

 작년 배터리 팩의 문제점 중 하나는 정비성이 매우 낮다는 것이었기 때문에 2023 배터리 팩에는 lv 패널이라는 바닥판과 수평한 판을 설치하기로 했었습니다. 이에 따라 세그먼트의 높이는 낮아져야 했고 폭은 넓어져야 했습니다. 폭이 넓어진다는 단점이 있었지만 섀시팀과 얘기한 결과 프레임 폭이 넓기에 괜찮다고 컨펌을 받아서 이대로 진행했습니다. 

2. 배터리 박스 설계

 배터리 박스는 섀시 팀이 대충의 레퍼런스 값을 준 뒤부터 진행되었습니다. 배터리 박스 크기를 설계한 후에는 배터리 박스 내벽이나 외벽이 강성이 충분한지 구조 해석을 해야합니다. 저희가 배터리 박스 구조해석을 한 뒤 배터리 검차에 갔는데 1t 철판을 내벽에 사용한 우리를 보고 검차관들이 비웃으며 상처를 줬던 기억이 납니다. 또 백00씨라는 해석 담당 official 분이 있었는데 너무 해석만을 믿지 말라는 말을 하셨습니다. 이 말을 다시 한 번 생각해보면 아무래도 해석은 학부생들이 직접적으로 하기 어려운 부분도 있으니 벤치마킹도 필요하다 정도인 것 같습니다. 내년에는 구조해석을 하되, 타팀과 너무 다르면 의심을 해보시기 바랍니다!! + 배터리 박스 제발 알류미늄으로 만들자 ㅠ

3. 배터리 박스 내부 설계

1. 와이어링 + Lv 부품 위치

 배터리 내부 패키징에서 와이어링은 정말 악당같은 존재입니다. 대부분의 기붕이들이 와이어링에 약하기 때문이기도 하고 cad 설계가 힘든 부분이기 때문이기도 합니다. 제가 내부를 설계할 때는 주요한 와이어링 예를 들어 bms 온도센서, 전압측정 와이어링/ 세그먼트 to air/ 이 정도만 생각하고 lv 와이어링은 앞에 것들을 다 설계하고 나서 생각했습니다. 최대한 이번 배터리를 보면서 대략적인 배터리 팩 안 와이어링을 파악한 뒤 꼭 메모해두기 바랍니다. 또한, lv 부품은 동수와 병규형이랑 민규랑 소통하면서 위치를 차근차근 잡아갔습니다. 팀 내부나 팀 외부 사람들과 자주 소통하여 아프지 않은 배터리 팩을 설계하시기 바랍니다. 사일로 효과가 나타나면 정말 좋은 것이 없습니다! 항상 소통하세요! 동수가 저에게 준 내부 와이어링 자료도 올려줄테니 참고해주세요~  + 참고로 민규가 알려준건데 용산 전자상가에 가보면 bms 커넥터 완제품 등 우리 배터리 팩의 와이어링이 효율적으로 이루어질 수 있도록 할만한 제품들이 많으니 찾아보십쇼 

2. 절연, 방수 

절연과 방수는 매우매우 중요하지만 상대적으로 방법이 널리 알려져있기에 중요하지 않다고 착각을 할 수 있는 부분입니다. 절연, 방수가 처리하기가 쉬운 것은 맞지만 어떤 설계를 하든 기본적으로 그 설계에 대한 절연과 방수를 기본적으로 생각하는 것이 옳은 마음가짐이라고 생각합니다. (특히 규정에 보면 lv, hv 사이의 절연을 명시하는 것들이 있는데 평소에 절연을 생각하지 않는다면 이런 부분에서 허를 찔릴 수 있습니다.)

 지금까지 기억난 것은 이 정도네요 조금씩 추가해나갈테니 기다려ㅝ요

2023 전기값 정리.xlsx

4.04MB

동수가 알려준 내부 와이어링.jpg

177.75KB

배터리 셀 설계.pdf

6.25MB

[20 강정원]

고생많았습니다~!!

[21 이인서]

고마워요~