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Thermal runaway experiment
Thermal runaway experiment
Overview
Overview
리튬이온 배터리의 대형화·고에너지밀도화가 가속됨에 따라, 열폭주(TR) 거동에 대한 정밀 분석은 배터리 안전 확보의 핵심 과제로 부상하고 있음. TR은 화재 및 폭발로 직결될 수 있는 가장 심각한 안전 위협이며, 이를 체계적으로 규명하기 위해 맞춤 설계한 밀폐형 및 개방형 챔버를 활용하여 셀·모듈·팩 단위에서 TR을 재현하고, 온도·압력·가스·힘을 동시에 실시간 계측하는 멀티스케일 실험 체계를 구축함. 본 플랫폼은 단일 셀 TR에서 셀 간 열전파, 나아가 팩 수준의 연쇄 파괴에 이르는 전 과정을 관찰할 수 있으며, 안전 장치를 갖춘 챔버 설계를 통해 극한 조건에서도 안정적인 실험 수행이 가능함. 이를 통해 TR 모델링 검증 및 배터리 팩 안전 설계에 필수적인 실험 데이터를 확보함.
As lithium-ion batteries continue to grow in size and energy density, precise analysis of thermal runaway (TR) behavior has become a central challenge in ensuring battery safety. TR represents the most critical safety threat, as it can directly lead to fire and explosion. To systematically characterize this phenomenon, a multi-scale experimental platform was established using custom-designed sealed and open chambers to reproduce TR at the cell, module, and pack levels, with simultaneous real-time measurement of temperature, pressure, gas composition, and force. The platform enables observation of the entire TR cascade, from single-cell failure through inter-cell thermal propagation to pack-level chain reactions, while safety-equipped chamber designs ensure stable operation even under extreme conditions. The acquired data provides an essential foundation for TR model validation and battery pack safety design.
Key Contribution
Key Contribution
전용 밀폐 챔버 개발: Head/Cap/Body 구조에 압력 변환기, 냉각 소자, TC 커넥터를 통합하여 TR 발생 시의 온도·압력·가스를 밀폐 환경에서 정밀 측정
멀티스케일 실험 체계: 단일 셀 → 모듈 → 팩으로 확장 가능한 실험 구성으로 열전파(propagation) 거동을 스케일별로 분석
다중 물리량 동시 계측: 온도, 압력, 가스 조성, 힘을 동시에 측정하여 TR의 종합적 이해 가능
안전 설계: Relief valve, 공기 배출구, 냉각 시스템을 갖춘 실험 안전성 확보
Custom sealed chamber development: Integration of pressure transducer, cooling element, and TC connectors in a Head/Cap/Body structure for precise measurement of temperature, pressure, and gas composition in a sealed environment during TR events
Multi-scale experimental framework: Scalable experimental configuration from single cell to pack, enabling analysis of thermal propagation behavior at each scale
Multi-physics measurement: Concurrent measurement of temperature, pressure, gas composition, and force for comprehensive understanding of TR phenomena
Safety design: Experimental safety ensured through relief valve, air exhaust, and cooling system integration
Impact
Impact
TR 모델링 및 AI 예측 모델의 검증(validation)에 필수적인 실험 데이터 제공
배터리 팩의 열전파 차단 구조 설계에 대한 실증적 근거 확보
전기차 배터리 안전 규격(UN ECE R100, GB/T 38031 등) 인증 시험에 활용 가능한 실험 방법론 확립
Provision of essential experimental data for validation of TR modeling and AI prediction models
Establishment of empirical evidence for thermal propagation barrier design in battery packs
Development of experimental methodologies applicable to EV battery safety certification testing (UN ECE R100, GB/T 38031, etc.)
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