Applied Dynamics &

Intelligent Prognosis Laboratory

Design enabling solution through TR modeling

Overview

FEM 기반으로 셀 내부 발열 반응부터 셀 간 열전파, 모듈 단위 연쇄 파괴까지를 연속 시뮬레이션하는 멀티스케일 TR 모델을 구축함. 계산 비용을 대폭 절감하면서 정확도를 유지하는 고속연산 모델을 개발하여 실시간 설계 최적화가 가능하며, 역문제 풀이를 통해 모델 파라미터의 물리적 신뢰성을 확보함. 셀 배치, 방열판 구조, 셀 간 거리 등의 설계 변수를 최적화하여 열전파를 지연·차단하는 안전 구조를 도출함.

A multi-scale TR model based on FEM is established to continuously simulate the full cascade from cell-internal exothermic reactions through inter-cell thermal propagation to module-level chain failures. A fast-computing model is developed to dramatically reduce computational cost while preserving accuracy, enabling real-time design optimization. Inverse problem solving is employed to ensure the physical reliability of model parameters. By optimizing key design variables such as cell arrangement, heat sink geometry, and inter-cell spacing, thermal propagation delay and blocking structures are derived for enhanced safety.

Key Contribution

멀티스케일 TR 모델: 셀 내부 반응(전해질 분해, SEI 붕괴) → 셀 간 열전파 → 모듈 단위 전파를 연속적으로 시뮬레이션하는 계층적 모델 개발
고속연산 모델: FEM 대비 계산 비용을 대폭 절감하면서 정확도를 유지하여 실시간 설계 탐색 가능
파라미터 식별: 실험 데이터와의 역문제(inverse problem) 풀이를 통해 TR 반응 파라미터 정량화
설계 최적화: 셀 배치, 방열판(AL plate) 구조, 셀 간 거리 등의 설계 변수 최적화로 열전파 지연/차단 구조 도출

Multi-scale TR model: Development of a hierarchical model that sequentially simulates cell-internal reactions (electrolyte decomposition, SEI collapse), inter-cell thermal propagation, and module-level propagation
Fast-computing model: Dramatically reduces computational cost compared to FEM while preserving accuracy, enabling real-time design exploration
Parameter identification: Quantification of TR reaction parameters through inverse problem solving with experimental data
Design optimization: Optimization of design variables including cell arrangement, heat sink (AL plate) configuration, and inter-cell spacing to derive thermal propagation delay/blocking structures

Impact

실험 없이 다양한 설계 대안을 빠르게 평가하여 배터리 팩 개발 비용 및 기간 단축
TR 전파 차단 설계(barrier, 방열 구조)의 정량적 효과 예측 가능
배터리 팩 안전 설계 가이드라인 수립의 이론적 기반 제공

Rapid evaluation of diverse design alternatives without experiments, reducing battery pack development cost and timeline
Quantitative prediction of TR propagation barrier effectiveness (barriers, heat dissipation structures)
Theoretical foundation for establishing battery pack safety design guidelines

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