비전도성 유체를 활용한 E-mobility 초고속 충전 케이블 냉각 시스템에 대한 실험적 연구
Experimental study on cooling system for ultra-fast charging cables for E-mobility using dielectric fluids
- 주제(키워드) 없음
- 발행기관 한동대학교 일반대학원
- 지도교수 이영권
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계제어공학과
- 세부분야 해당없음
- 원문페이지 vii,61
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/handong/200000910320
- UCI I804:47030-200000910320
- 본문언어 영어
- 저작권 한동대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
This study proposes a modular cooling system based on subcooled flow boiling using the dielectric fluid HFE-7100 to effectively dissipate high thermal loads generated in ultra-fast electric mobility charging cables. The system’s performance was experimentally evaluated under horizontal and downward inclination angles. To mitigate performance degradation-such as dryout from extended channel lengths, flow maldistribution, and localized overheating-common in single-channel designs, the cooling cable was divided into multiple modules with independently controlled cooling. Experiments were conducted on a single module at mass fluxes of 500, 700, and 900 kg/m2·s and inclination angles of 0°, 30°, and 60°, to analyze heat transfer characteristics under orientation changes encountered during charging. The influence of surface position (upper vs. lower) on heat transfer was also investigated. Results showed that increasing mass flux enabled higher heat fluxes, with the maximum allowable charging current reaching 3257.99 A-a 365.43% increase over conventional systems. Even at 500 kg/m2·s, the current reached 3071.76 A, a 338.82% improvement. The upper surface temperature was consistently higher than the lower. While inclination effects were negligible at high mass fluxes, they were significant at 500 kg/m2·s; at 30°, the maximum allowable current decreased by 22.36% from the horizontal case. Experimental data were compared with existing correlations; Moles & Shaw performed best (MAPE 17.89%). A new correlation was developed to address overestimation and inclination effects, reducing error to 4.75%. Under real-world conditions, the system enabled 1,263 kW of power, charging an 84 kWh battery in 3 min 59 s-72.3% faster than a 350 kW commercial charger.
more초록/요약
본 연구에서는 초고속 전기차 충전 케이블 냉각을 위하여 HFE-7100을 이 용한 과냉각 유동 비등을 활용한 모듈형 냉각 시스템을 제안하고, 냉각 성능 을 실험적으로 비교 및 분석한다. 본 시스템은 케이블 내부를 여러 개의 독립 냉각 모듈로 분할하여 단일 채널 설계에서 발생하는 짧은 길이로 인한 한계를 해결한다. 실험은 단일 모듈에서 질량 유속이 500, 700, 900 kg/m²·s, 하향 경 사각이 0°, 30°, 60° 일 때의 결과를 분석하였다. As a result 질량 유속이 증가 할수록 냉각 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있었고 900 kg/m²·s에서 최대 허용 전류는 3,257.99 A로 기존 시스템 대비 365.43% 성능이 향상되었다. 500 kg/m²·s에서도 3,071.76 A의 전류가 가능하여 338.82% 향상된 결과를 보였다. 또한, 상부 표면 온도는 하부 표면보다 모든 구간에서 높았다. 500 kg/m²·s 조건에서는 경사각으로 인한 성능저하가 뚜렷하게 나타났지만, 900 kg/m²·s 조건에서는 성능저하가 나타나지 않았다. 특히, 500 kg/m²·s, 30° 경 사에서 최대 허용 전류는 수평 조건에 비해 22.36% 감소했다. 열전달 계수를 예측하기 위해 기존 상관 관계와 비교를 수행했으며, 이 중 Moles & Shaw 상 관식이 MAPE 17.89%로 가장 적합한 예측을 보였다. 그러나 기존 상관관계의 과대 예측 및 기울기가 반영되지 않았기에 평균 절대 오차가 4.75%인 새로운 상관식을 제안하였다. 본 냉각 시스템은 최대 1,263kW의 전력을 공급할 수 있고 84kWh 배터리 기준으로 3분 59초 만에 완충이 가능했다. 이는 현재 상 용화된 350kW 초고속 충전기보다 72.3% 개선된 수치이다.
more목차
Ⅰ. Introduction 1
Ⅱ. Cooling System & Experimental Setup 12
1. Cooling system design 12
1.1 Parameter study 12
1.2 Modular cooling system 14
2. Experimental Setup 16
2.1 Two-phase flow loop 16
2.2 Test section 18
2.3 Data reduction 21
2.4 Measurement accuracy 23
Ⅲ. Results & Discussion 25
1. Horizontal 25
1.1 Evaluation of overall heat transfer performance 25
1.2 Local temperature analysis 29
2. Inclination angle effect analysis 31
3. Pressure drop 35
4. Comparison with other experiment 37
5. Experimental correlations 39
6. Evaluation of charging time 44
7. Economic evaluation of the proposed system 47
Ⅳ. Conclusion 49
Ⅴ. References 52