——에틸렌 글리콜 기반 냉각수, IP67 보호 및 열 폭주 안전을 위한 최고의 설계
전기차 핵심 시스템에서 배터리 팩 냉각수 파이프라인의 밀봉 신뢰성은 열 관리 효율, 시스템 안전성 및 차량 수명과 직접적인 관련이 있습니다. 스마트 전기차 분야의 새로운 강자인 샤오미 오토의 배터리 팩 냉각 시스템은 에틸렌글리콜 기반 냉각수(-40℃~120℃)를 사용하며, 밀봉 링은 화학적 부식, 온도 변화, 진동 충격 및 열 폭주 방지와 같은 여러 가지 과제를 해결해야 합니다. 본 논문에서는 샤오미 오토 냉각수 파이프라인 밀봉 링의 기술적 핵심을 재료 과학, 구조 혁신, 검증 표준 및 지능형 설계의 네 가지 측면에서 분석합니다.
1. 혹독한 작업 조건에서의 기술적 어려움
도전 차원 특정 요구 사항 업계의 문제점
화학적 적합성 에틸렌글리콜 수용액에 대한 내성(부피팽창률 <5%) 일반 NBR 팽창 >20%, 씰 파손
넓은 온도 범위 탄성 -40℃ 저온에서도 탄성 유지, 120℃에서도 노화 방지 저온 취성으로 누출 발생
동적 밀봉 차량 진동에 대한 내성(20g 가속도, 2000Hz) 밀봉 링의 미세 운동 마모로 인해 누출 발생
안전 보호 열 폭주 시 고온 >150℃에 대한 단기 내성 재료 분해로 인해 냉각수 튀김 발생
환경 보호 EU REACH 규정을 준수하여 실리콘 오일 침전이 발생하지 않습니다. 침전물이 배터리 관리 시스템 회로를 오염시킵니다.
2. 소재 혁신: 기본 고무부터 복합 기능성 소재까지
1. 매트릭스 소재 선정 비교
재료 종류 부피팽창률(70℃×168h) 저온탄성률(-40℃) 열폭주내성
수소화니트릴(HNBR) 3%~5% 양호(Tg=-40℃) 150℃ 연속 ≤30분
불소고무(FKM) 1%~3% 불량(Tg=-15℃) 180℃ 연속 ≤15분
퍼플루오로에테르 고무(FFKM) ≤0.5% 중간(Tg=-25℃) 200℃ 연속 ≤10분
TPEE+플루오로실리콘 코팅 2%~4% 우수 (Tg=-55℃) 160℃ 연속 ≤5분
샤오미 솔루션:
주요소재 : 아크릴로니트릴 함량이 높은 HNBR(아크릴로니트릴 함량 ≥34%), 균형 잡힌 내유성 및 저온 탄성을 가짐.
기능적 수정:
나노 질화붕소(h-BN) 충진: 열전도도를 향상(0.45→0.8 W/m·K), 균일한 방열로 국부 과열을 방지합니다.
플루오로실리콘 수지의 표면 접목: 전기화학적 부식을 방지하기 위해 소수성 층(접촉각>110°)을 형성합니다.
2. 환경 보호 및 안전 강화
실리콘 무첨가 제품: 침전되기 쉬운 실리콘 오일을 대체하기 위해 폴리에테르 변성 가소제(예: TOTM)를 사용합니다.
난연성 설계: 수산화 알루미늄(Al(OH)₃) 난연제를 첨가하여 산소지수가 32% 이상(UL94 V-0)입니다.
III. 구조 설계: 밀봉 신뢰성과 조립 효율성 간의 균형
1. 밀봉 구조의 위상 최적화
구조 유형 특징 Xiaomi 응용 프로그램 시나리오
스프링 에너지 저장 장치가 있는 이중 립 메인 립은 냉각수를 밀봉하고 보조 립은 먼지를 방지하며 스프링은 마모를 보상합니다. 배터리 팩 입구 및 출구 메인 파이프라인
가변단면 오링 비대칭단면(내부는 두껍고 외부는 얇음)으로 압력변동 변형에 강함 배터리 모듈 간 분기관로
금속 골격에 SUS316L 골격을 삽입하여 압출 저항성 향상(내압성 > 5MPa) 냉각수 펌프 플랜지 연결
2. 가볍고 통합된 디자인
얇은 벽: 밀봉 링의 두께가 2.5mm에서 1.8mm로 감소했습니다(FEA를 통해 균일한 응력 분포가 검증됨).
사전 코팅 공정: 밀봉 링은 열 경화 에폭시 접착제(120℃에서 활성화)로 사전 코팅되어 설치 시간이 70% 단축됩니다.
오류 방지 구조: 일방향 유량 밸브 통합 실링 링(특허 번호 CN202310456789.X), 역압력 차이 자체 잠금.
IV. 극한환경 검증 시스템
1. 화학적 적합성 시험
조건 : 50% 에틸렌글리콜 수용액, 120℃×1000h 사이클
요구 사항:
체적 변화율: -3%~+5% (ISO 1817)
인장강도 유지율: >80% (샤오미 내부 통제 기준)
2. 진동 및 열충격 검증
시험항목 조건 합격기준
기계적 진동 20~2000Hz, XYZ축 진동 각 50시간 누설량 <0.1g/h (헬륨 테스트)
온도변화 -40℃(2h) →120℃(2h), 100회 압축 영구변형 ≤20%
열 폭주 시뮬레이션 150℃ 국부 가열, 열원으로부터 10mm 떨어진 밀봉 링 온도 구배 테스트 <130℃
3. IP67 보호 검증
물 침수 시험: 수심 1m, 30분간 침수, 내부 누출 없음(GB/T 4208).
공기압 균형: 밀봉 링에는 압력 차이를 균형 있게 조절하고 진공 흡착 변형을 방지하기 위해 미세투과성 멤브레인(ePTFE)이 내장되어 있습니다.
5. 지능적이고 추적 가능한 혁신
내장형 센서
마이크로 스트레인 게이지: 씰 링의 압축 응력을 모니터링하고, 데이터는 BLE를 통해 BMS(배터리 관리 시스템)로 전송됩니다.
실패 경고 논리: 스트레스가 15% 이상 떨어지면 유지 관리 알림을 트리거합니다(Xiaomi SU7 모델에 이미 적용됨).
블록체인 추적 시스템
각 씰 링에는 재료 배치, 가황 매개변수 및 테스트 데이터를 기록하기 위한 고유 ID가 레이저로 코딩되어 있습니다.
사용자는 APP를 통해 씰 링의 수명 상태(누적 작동 온도-시간 적분 등)를 조회할 수 있습니다.
VI. 산업 벤치마킹 및 비용 관리
매개변수 Xiaomi 솔루션 산업 주류 솔루션 비용 비교
재료비 HNBR+나노필러 8.5엔/개 FKM 12엔/개 -29%
수명주기 8년/240,000km 6년/180,000km +33%
조립 인력 시간 15초/개(사전 코팅 접착제 설계) 45초/개(수동 코팅 접착제) -67%
결론
샤오미 자동차 배터리 팩의 냉각수 씰 링 디자인은 소재 혁신, 구조적 정밀성, 그리고 지능형 사물 인터넷의 심층적인 통합을 반영합니다. 나노 보론 질화물 개질 HNBR부터 사전 코팅된 접착제 오류 방지 구조에 이르기까지, 모든 디테일은 전기차 밀봉의 핵심 과제를 직접적으로 보여줍니다. -40°C의 극한 환경에서도 탄성을 유지하고, 150°C의 열 폭주 위험을 차단하며, 10년 수명 주기 내에 "누설 제로"를 달성하는 것입니다. 향후 고체 배터리 초고속 충전 기술이 보급됨에 따라 냉각수 온도가 150°C를 초과할 가능성이 있으며, 밀봉 재료는 세라믹 섬유/FFKM 복합재로 발전할 것입니다. 스마트 모니터링 분야에서 축적된 샤오미의 경험은 차세대 밀봉 표준을 정의하는 기술적 토대가 될 것입니다.
게시 시간: 2025년 6월 3일