수치해석을 이용한 전기자동차 모터의 냉각라인 형상에 따른 냉각 성능 비교

Abstract

The automotive industry has evolved through many changes. Due to global warming, new powertrains are being researched and developed as we gradually change from conventional fossil-fueled internal combustion engines to eco-friendly vehicles with low carbon emissions. In this study, a numerical analysis study was conducted based on the 88kW drive electric motor, which is the powertrain used in the IONIQ electric vehicle. The first case of numerical analysis was conducted by removing and disassembling the drive electric motor made by the manufacturer, and the numerical analysis of the second case was conducted by changing the shape of the water jacket, which is the pipe through which the cooling water flows. The properties of the glycol water used in the numerical simulation of this study were taken from the commercially available DOWCAL 100E product of The Dow Chemical Company. The turbulence model used in the numerical analysis was the SST k-ω model. For each case, the numerical analysis was performed based on the rotational speed of the electric water pump and the volume ratio of the glycol water. As a result, it was found that the cooling effect was increased by increasing the shape of the water jacket, i.e., the area, and that the pressure increased at the highest speed of the electric water pump.|자동차 산업은 많은 변화를 거듭하며 발전하였다. 지구온난화로 인하여 기존의 화석연료를 사용하는 내연 기관에서 탄소 배출이 적은 친환경 자동차로 점진적으로 변화하면서 새로운 파워트레인 들이 연구, 개발이 되고 있다. 본 연구는 아이오닉 전기자동차에 사용이 되는 파워트레인인 88kW 구동용 전기 모터를 기반으로 수치해석 연구가 진행되었으며 제작사에서 만들어진 구동용 전기 모터를 탈 거와 분해 측정을 하여 기준이 되는 첫 번째 Case의 수치해석을 진행하였으며 냉각수가 흐르는 관인 Water-jacket의 형상을 변화하여 두 번째 Case의 수치해석을 진행하였다. 본연구의 수치해석 사용이 된 Glycol Water의 물성은 The Dow Chemical Company에서 시중에 판매되고 있는 DOWCAL 100E 제품의 값을 이용하였다. 수치해석 시 사용된 난류 모델은 SST k-ω 모델을 이용하였다. 각 Case 별로 전동식 워터펌프의 회전수와 Glycol Water의 부피 비를 기준으로 수치해석이 진행되었다. 결과적으로 Water-jacket의 형상, 즉 면적이 넓어짐으로 인하여 냉각 효과는 증가하게 되었으며 전동식 워터펌프의 최고 회전수에서는 압력이 증가하는 것을 확인하게 되었다.