가압식 서지탱크의 내압거동 개선을 위한 구조해석 기반 설계

Structural Analysis Based Design for Improving the Internal Pressure Behavior of Pressurized Surge Tanks

전기자동차는 배터리와 전력전자 장치의 열관리를 위해 고안정성 냉각시스템을 필요로 하며, 냉각수의 압력 변동을 완충하고 기포를 제거하는 서지탱크의 구조적 신뢰성 확보가 중요하다. 본 연구는 폴리프로필렌(PP) 서지탱크의 내압 강도 향상을 위해 파라메트릭 기반의 구조 설계를 수행하였다. 초기 설계 결과, 중앙 면의 배부름과 브라켓부 응력 집중이 발생하여 구조적 취약성이 확인되었다. 이에 따라 에어 블리딩 구조 도입, 격벽 및 리브 보강, 형상 구배 조정 등을 적용한 반복 설계를 수행하였으며, 내압 조건(0.5MPa)에서 변형 및 응력 분포를 유한요소해석을 통해 검증하였다.

Electric vehicles require a highly reliable cooling system to manage the heat generated by the battery and power electronics, making the structural integrity of the surge tank particularly critical. The surge tank is responsible for buffering coolant pressure fluctuations and removing entrained air. This study pursued a parametric structural design to enhance the internal pressure strength of polypropylene surge tanks. In the initial design stage, structural weaknesses were identified by the bulging at the central surface and stress concentration near the mounting bracket. Accordingly, an iterative redesign process was followed by introducing an air-bleeding structure, reinforcing baffles and ribs, and adjusting geometric inclinations. The deformation and stress distribution under an internal pressure of 0.5 MPa were evaluated through finite element analysis.