JP6432192B2 - Temperature prediction device for battery packs - Google Patents

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本発明は、電池パックに内蔵された複数の電池セルの表面温度や内部温度,電池パックの外表面の温度や内表面の温度など、電池パックに関する温度を予測する装置に関する。 The present invention, the surface temperature and internal temperature of the plurality of battery cells incorporated in the battery pack, such as the temperature of the temperature and the inner surface of the outer surface of the battery pack, to equipment that predict the temperature about the battery pack.

従来、工業製品の設計開発段階において、コンピュータシミュレーションを用いて完成品を構成する部品の温度を予測することが行われている。例えば特許文献1には、排気が流通する排気管と、この排気管の周囲に空間を隔てて配設された遮熱板とを備えた排気系モデルを用いて、排気管の温度分布を定常解析により予測する方法が開示されている。   Conventionally, in the design and development stage of industrial products, the temperature of parts constituting a finished product is predicted using computer simulation. For example, Patent Document 1 discloses that the temperature distribution of an exhaust pipe is steady using an exhaust system model that includes an exhaust pipe through which exhaust flows and a heat shield disposed around the exhaust pipe with a space therebetween. A method of predicting by analysis is disclosed.

また、特許文献2には、例えば空冷方式のバッテリの温度を推定する方法が開示されている。この方法では、空気(流体)とバッテリ(固体)とをそれぞれ複数のセルに分割した流体モデルと固体モデルとを生成し、流体モデルを定常解析によって解析し、この解析で得たデータに基づいて固体モデルを非定常解析によって解析して、最終的に固体の温度を推定している。
このように図面段階で部品の温度分布を推定することにより、部品の温度を考慮した設計を行うことが可能となり、製品寸法やレイアウト,材料特性などの最適化が容易となる。
Patent Document 2 discloses a method for estimating the temperature of an air-cooled battery, for example. In this method, a fluid model and a solid model are generated by dividing air (fluid) and battery (solid) into a plurality of cells, respectively, and the fluid model is analyzed by steady-state analysis. Based on the data obtained by this analysis, The solid model is analyzed by unsteady analysis and finally the temperature of the solid is estimated.
As described above, by estimating the temperature distribution of a part at the drawing stage, it is possible to perform design in consideration of the temperature of the part, and optimization of product dimensions, layout, material characteristics, and the like is facilitated.

特許第5397634号公報Japanese Patent No. 5397634 特許第5408185号公報Japanese Patent No. 5408185

しかしながら、上記の特許文献1の技術では定常解析の手法に基づく計算を行っているため、定常走行時の安定温度しか予測できず、非定常現象を生じる部品の温度予測には適用できない。また、上記の特許文献2の技術は、空気のような流体によって冷却される固体の温度を推定するものである。そのため、固体の内部にさらに固体と流体とが存在するもの(例えば、複数の電池セルを内蔵した電池パック)であって、内部の固体の温度を予測するためには、特許文献2の技術に更なる改良が必要となる。   However, since the technique of the above-mentioned Patent Document 1 performs calculations based on the steady analysis method, only the stable temperature during steady running can be predicted, and it cannot be applied to the temperature prediction of parts that cause unsteady phenomena. Moreover, the technique of said patent document 2 estimates the temperature of the solid cooled with the fluid like air. For this reason, in order to predict the temperature of the solid inside the solid that has a solid and a fluid (for example, a battery pack incorporating a plurality of battery cells) inside the solid, Further improvements are needed.

ここで、電池パックに内蔵された複数の電池セルが熱暴走した場合について検討する。熱暴走とは、例えばある電池セルに内部短絡が生じて発熱し、この発熱がさらに他の電池セルの発熱を引き起こして、複数の電池セルが次々と異常発熱していく現象である。電池セルの熱暴走時には、電池パック内において急激な温度上昇が発生するとともに、電池セルからの高速のガス噴流が発生するため、複数の電池セルの温度変化や電池パック全体の温度変化は、長時間に亘って非定常状態となる。このように、電池パックに内蔵された電池セルの急激な温度変化や高速のガス噴流が発生するような非定常性の強い複雑な状況では、上記の特許文献2の推定方法は採用できない。   Here, a case where a plurality of battery cells built in the battery pack run out of heat will be considered. Thermal runaway is a phenomenon in which, for example, an internal short circuit occurs in a certain battery cell and heat is generated, and this heat generation further generates heat in other battery cells, and a plurality of battery cells generate abnormal heat one after another. When a battery cell runs out of heat, a rapid temperature rise occurs in the battery pack, and a high-speed gas jet from the battery cell is generated. Therefore, the temperature change of multiple battery cells and the temperature change of the entire battery pack are long. It becomes an unsteady state over time. As described above, the estimation method described in Patent Document 2 cannot be employed in a complicated situation where the temperature of a battery cell built in the battery pack is rapidly changed or a high-speed gas jet is generated.

本件は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、電池パックに関する温度を精度良く予測することができるようにした温度予測装置を提供することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。 This case, was conceived in view of the above problems, it is another object to provide a temperature pre HakaSo location that can be predicted accurately the temperature about the battery pack. The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiments for carrying out the invention described later, and other effects of the present invention are to obtain a function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. Can be positioned.

)ここで開示する電池パックに関する温度予測装置は、熱流体解析ソフトウェアを用いて、複数の電池セルを内蔵した電池パックに関する温度を予測する装置である。この温度予測装置は、前記電池パックの内部の空気と接触する固体部分を複数のセルに分割してモデル化した固体内部モデルを作成するモデル作成部と、予め実測により取得した前記電池パックの内部の温度変化に関する実測データに基づいて、前記固体内部モデルの各セルに隣接する空気の温度をガス温度として取得するガス温度取得部と、前記固体内部モデルの前記各セルについて、前記ガス温度取得部で取得した前記ガス温度を用いて非定常解析により伝熱量を算出し、前記伝熱量に基づいて温度を算出する温度算出部と、を備える。 ( 1 ) The temperature predicting apparatus relating to the battery pack disclosed herein is an apparatus for predicting the temperature relating to the battery pack incorporating a plurality of battery cells using thermal fluid analysis software. The temperature prediction apparatus includes a model creating unit that creates a solid internal model in which a solid portion that contacts air inside the battery pack is divided into a plurality of cells, and an interior of the battery pack acquired in advance by actual measurement. Gas temperature acquisition unit that acquires, as the gas temperature, the temperature of the air adjacent to each cell of the solid internal model based on the measured data relating to the temperature change of the gas, and the gas temperature acquisition unit for each cell of the solid internal model And a temperature calculation unit that calculates a heat transfer amount by unsteady analysis using the gas temperature acquired in step S1 and calculates a temperature based on the heat transfer amount.

)前記ガス温度取得部は、予め実測した前記電池パック内における複数の位置の測定温度を空間補間して前記ガス温度を算出することが好ましい。
)前記モデル作成部は、前記電池パックの周囲の空気との接触部分を複数のセルに分割してモデル化した固体外部モデルと、前記周囲の空気の前記電池パックとの接触部分を複数のセルに分割してモデル化した流体モデルと、を作成することが好ましい。この場合、前記温度算出部は、前記固体外部モデルの各セルについて、該各セルに隣接する前記流体モデルのセルの流体温度を用いて非定常解析により伝熱量を算出し、前記伝熱量に基づいて温度を算出することが好ましい。
( 2 ) It is preferable that the gas temperature acquisition unit calculates the gas temperature by spatially interpolating measured temperatures at a plurality of positions in the battery pack that are actually measured in advance.
( 3 ) The model creation unit includes a plurality of solid external models obtained by dividing a contact portion with the surrounding air of the battery pack into a plurality of cells, and a plurality of contact portions of the surrounding air with the battery pack. It is preferable to create a fluid model divided into cells and modeled. In this case, the temperature calculation unit calculates, for each cell of the solid external model, a heat transfer amount by unsteady analysis using the fluid temperature of the cell of the fluid model adjacent to each cell, and based on the heat transfer amount It is preferable to calculate the temperature.

開示の電池パックに関する温度予測装置によれば、予め実測により取得した電池パックの内部の温度変化に関する実測データを用いるため、温度予測する状況に対応した実測データを予め準備しておくことで、電池セルの状態に関わらず(例えば、電池セルが熱暴走したときのような非定常性の強い複雑な現象が発生した場合であっても)、電池パックに関する温度を精度良く予測することができる。 According to related that temperature predicting apparatus in the battery pack disclosed, for using the actual measurement data regarding internal temperature change of the battery pack obtained by measuring beforehand, to keep a measured data corresponding to the situation of temperature prediction in advance Therefore, regardless of the state of the battery cell (for example, even when a complicated phenomenon with strong non-stationarity such as when the battery cell has run out of heat), the temperature related to the battery pack is accurately predicted. Can do.

一実施形態に係る電池パックに関する温度予測方法を説明するための模式図であり、(a)は電池パックの模式的な縦断面図、(b)は図1(a)の領域Rにおける流体モデル、(c)は図1(a)の領域Rにおける固体モデル(固体内部モデル及び固体外部モデル)を示す。It is a schematic diagram for demonstrating the temperature prediction method regarding the battery pack which concerns on one Embodiment, (a) is a typical longitudinal cross-sectional view of a battery pack, (b) is the fluid model in the area | region R of Fig.1 (a). (C) shows the solid model (solid internal model and solid external model) in the region R of FIG. 1 (a). 一実施形態に係る電池パックに関する温度予測装置の構成を例示するブロック図である。It is a block diagram which illustrates the composition of the temperature prediction device about the battery pack concerning one embodiment. 一実施形態に係る電池パックに関する温度予測方法の解析プロセスを説明する図である。It is a figure explaining the analysis process of the temperature prediction method regarding the battery pack which concerns on one Embodiment. ガス温度の取得方法を説明するための図であり、(a)は電池パック内の測定点を示す模式的な上面図(カバーを省略したもの)、(b)及び(c)は実測により取得した測定点における温度変化を示すグラフ(実測データの一部)の一例である。It is a figure for demonstrating the acquisition method of gas temperature, (a) is a typical top view (those without a cover) which shows the measurement point in a battery pack, (b) and (c) are acquired by measurement. It is an example of the graph (a part of actual measurement data) which shows the temperature change in the measured measurement point. ガス温度の空間補間の手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of the space interpolation of gas temperature.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment. Each configuration of the following embodiments can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof, and can be selected as necessary or can be appropriately combined.

[1.解析モデル]
本実施形態に係る電池パックに関する温度予測方法,温度予測装置は、熱流体解析ソフトウェアを用いて、電池パックに内蔵された複数の電池セルの各表面温度や内部温度,電池モジュールの温度,電池パックの外表面の温度や内表面の温度など、電池パックに関するあらゆる温度(以下、これらを総称して、「電池パックに関する温度」という)を予測する方法,装置である。本実施形態では、電池パックに内蔵された複数の電池セルのうちの1つの電池セルを故意に内部短絡させることで、電池セルが熱暴走した状況を作り、この状況における電池パックに関する温度の変化や分布を予測する。
[1. Analysis model]
A temperature prediction method and a temperature prediction apparatus related to a battery pack according to the present embodiment use thermal fluid analysis software, and each surface temperature and internal temperature of a plurality of battery cells built in the battery pack, the temperature of the battery module, the battery pack This is a method and apparatus for predicting all the temperatures related to the battery pack (hereinafter collectively referred to as “temperature related to the battery pack”) such as the temperature of the outer surface and the temperature of the inner surface. In this embodiment, by intentionally short-circuiting one battery cell among a plurality of battery cells built in the battery pack, a situation in which the battery cell has run out of heat is created, and the temperature change related to the battery pack in this situation And predict the distribution.

図1(a)に示すように、解析対象となる電池パック1は、例えば図示しない車両の床下に搭載され、車両の電力源として利用されるものである。電池パック1は、ケース7に複数の電池セル3を内蔵して構成される。本実施形態では、8個の電池セル3が直列に接続されて1つの電池モジュール2を構成している。電池パック1は、この電池モジュール2をケース7に6個内蔵して構成される。ケース7は、各電池モジュール2が載置されるトレイ7aと、トレイ7aの上方から被せられるカバー7bとを有する。電池パック1は、トレイ7aのフランジ部とカバー7bのフランジ部との間にガスケットが介装された状態で、両フランジ部がボルト等の締結部材によって締結されることで密閉される。   As shown in FIG. 1A, the battery pack 1 to be analyzed is mounted, for example, under the floor of a vehicle (not shown) and used as a power source for the vehicle. The battery pack 1 is configured by incorporating a plurality of battery cells 3 in a case 7. In the present embodiment, eight battery cells 3 are connected in series to constitute one battery module 2. The battery pack 1 is configured by incorporating six battery modules 2 in a case 7. The case 7 has a tray 7a on which each battery module 2 is placed, and a cover 7b that covers the tray 7a from above. The battery pack 1 is hermetically sealed by fastening both flange portions with fastening members such as bolts in a state where a gasket is interposed between the flange portion of the tray 7a and the flange portion of the cover 7b.

例えば電池パック1の充電時や車両走行時では、電池パック1は、充放電に伴う電池セルの発熱によって温度上昇する一方、電池パック1の外側を流れる空気によって冷却されるため、その温度はある範囲内に保たれる。しかしながら、ある電池セル3が何らかの原因によって内部短絡すると、この電池セル3は充放電時の発熱量よりも大きな発熱量で発熱し、この熱が隣接する電池セル3へと伝わって、次々と電池セル3が異常発熱していく。このような現象は熱暴走と呼ばれ、急激な温度変化に加えて、発熱した電池セル3からは高速のガス噴流が発生するなど、電池パック1は非定常状態が長時間に亘って続くことになる。   For example, when the battery pack 1 is charged or when the vehicle is traveling, the temperature of the battery pack 1 increases due to the heat generated by the battery cells accompanying charging / discharging, and is cooled by the air flowing outside the battery pack 1, so that the temperature is present. Kept in range. However, when a certain battery cell 3 is internally short-circuited for some reason, the battery cell 3 generates heat with a heat generation amount larger than the heat generation amount at the time of charging / discharging, and this heat is transmitted to the adjacent battery cell 3 to successively battery. The cell 3 is abnormally heated. Such a phenomenon is called thermal runaway, and in addition to a rapid temperature change, a high-speed gas jet is generated from the heated battery cell 3, and the battery pack 1 is in an unsteady state for a long time. become.

そのため、電池パック1に関する温度を精度良く予測するには、非定常解析にて3つの伝熱形態(すなわち対流,熱伝導及び輻射)による伝熱量をそれぞれ算出することが必要となる。本実施形態では、この非定常解析に強連成手法は用いず、電池パック1を模した三次元の解析モデルを、固体部分(すなわち電池パック1)と電池パック1の周囲の流体部分(すなわち空気)とに分けて、固体部分については非定常解析を行い、流体部分については状態変化を計算しない定常解析を行うことで、計算時間の大幅な短縮を図る。   Therefore, in order to accurately predict the temperature related to the battery pack 1, it is necessary to calculate the amounts of heat transfer by three heat transfer modes (that is, convection, heat conduction, and radiation) by unsteady analysis. In the present embodiment, a strongly coupled method is not used for this unsteady analysis, and a three-dimensional analysis model simulating the battery pack 1 is obtained by using a solid part (that is, the battery pack 1) and a fluid part around the battery pack 1 (that is, the battery pack 1). The calculation time is greatly shortened by performing unsteady analysis for the solid portion and steady analysis that does not calculate the state change for the fluid portion.

解析モデルの一例を図1(b)及び(c)に示す。これらの図は、図1(a)中に一点鎖線で囲んだ領域Rの部分に対応するモデルの内部断面を示すものであり、図1(b)は流体モデル6,図1(c)は固体モデルである。流体モデル6は、電池パック1の周辺(電池パック1の外部)の空気の領域を複数のセル60(計算格子)に分割して設定されたものである。流体モデル6の複数のセル60のうち、電池パック1との接触部分(すなわち固体モデルとの境界部)に位置するセル60を、特に流体境界セル61という。   An example of the analysis model is shown in FIGS. These drawings show the internal cross section of the model corresponding to the portion of the region R surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 1 (a). FIG. 1 (b) shows the fluid model 6 and FIG. It is a solid model. The fluid model 6 is set by dividing the air region around the battery pack 1 (outside the battery pack 1) into a plurality of cells 60 (calculation grids). Among the plurality of cells 60 of the fluid model 6, the cell 60 positioned at a contact portion with the battery pack 1 (that is, a boundary portion with the solid model) is particularly referred to as a fluid boundary cell 61.

固体モデルは、電池パック1の固体部分をモデル化したものであり、固体内部モデル4と固体外部モデル5とに分類される。固体内部モデル4は、電池パック1の内部の固体部分(例えばケース7内に収納されている電池セル3)とケース7の内表面及び厚み部分とを複数のセル40に分割して設定されたモデルである。固体外部モデル5は、電池パック1の外部の空気との接触部分(すなわち電池パック1のケース7の外表面部分)を複数のセル50に分割して設定されたモデルである。   The solid model is obtained by modeling a solid part of the battery pack 1 and is classified into a solid internal model 4 and a solid external model 5. The solid internal model 4 is set by dividing a solid portion inside the battery pack 1 (for example, the battery cell 3 housed in the case 7) and the inner surface and thickness portion of the case 7 into a plurality of cells 40. It is a model. The solid external model 5 is a model that is set by dividing a portion of the battery pack 1 in contact with the air outside (that is, the outer surface portion of the case 7 of the battery pack 1) into a plurality of cells 50.

固体内部モデル4の複数のセル40のうち、電池パック1の内部の空気と接触する部分に位置するセル40を、特に固体内部境界セル41という。一方、固体外部モデル5の複数のセル50は、全て電池パック1の外部の空気と接触する部分(すなわち、流体モデル6との境界部)に位置する境界セルであり、以下、固体外部境界セル50という。なお、図1(b)及び(c)では、一部のセル40,41,50,60及び61について符号を付す。   Among the plurality of cells 40 of the solid internal model 4, the cell 40 located at a portion in contact with the air inside the battery pack 1 is particularly referred to as a solid internal boundary cell 41. On the other hand, the plurality of cells 50 of the solid external model 5 are all boundary cells located in a portion that is in contact with the air outside the battery pack 1 (that is, the boundary portion with the fluid model 6). 50. In FIGS. 1B and 1C, reference numerals are given to some of the cells 40, 41, 50, 60 and 61.

複数のセル40,50及び60のそれぞれには、例えばセル40,50及び60の大きさや形状を規定するためのパラメータ,温度を表すパラメータ,質量や比熱や熱伝導率などのパラメータなど、様々な数値データが設定されている。なお、複数のセル40,50及び60のそれぞれの形状や大きさ,分割数や分割位置などは特に限定されない。例えば、図1(b)に示すように、矩形状と三角形状とが混在したセル40,50を設定してもよいし、全て矩形状のセルとしてもよい。また、図1(c)に示すように、全てのセル60を略同一の大きさに設定してもよいし、流体境界セル61だけ、他のセル60よりも小さく設定して境界部における解析精度を高めてもよい。   Each of the plurality of cells 40, 50 and 60 includes various parameters such as parameters for defining the size and shape of the cells 40, 50 and 60, parameters indicating temperature, parameters such as mass, specific heat and thermal conductivity. Numeric data is set. Note that the shape, size, number of divisions, division position, etc. of each of the plurality of cells 40, 50 and 60 are not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1B, cells 40 and 50 in which a rectangular shape and a triangular shape are mixed may be set, or all may be rectangular cells. Further, as shown in FIG. 1C, all the cells 60 may be set to substantially the same size, or only the fluid boundary cell 61 is set smaller than the other cells 60 to analyze the boundary portion. The accuracy may be increased.

[2.装置構成]
本実施形態の電池パック1に関する温度予測装置は、例えば熱流体解析用のコンピュータプログラム17を実行可能な汎用のコンピュータによって実現される。図2は、コンピュータ10を用いて電池パック1に関する温度予測装置を構成する場合の概略構成図である。また、図3は、このコンピュータ10を用いて行われる解析プロセスを示す図である。
[2. Device configuration]
The temperature prediction device for the battery pack 1 of the present embodiment is realized by a general-purpose computer capable of executing a computer program 17 for thermal fluid analysis, for example. FIG. 2 is a schematic configuration diagram in the case where the computer 10 is used to configure the temperature prediction device for the battery pack 1. FIG. 3 is a diagram showing an analysis process performed using the computer 10.

図2に示すように、コンピュータ10(温度予測装置)は、CPU11(Central Processing Unit),メモリ12〔Read Only Memory(ROM),Random Access Memory(RAM)等〕,外部記憶装置13〔Hard Disk Drive(HDD),Solid State Drive(SSD),光学ドライブ等〕,入力装置14(キーボード,マウス等)及び出力装置15(ディスプレイ,プリンター装置等)を備える。これらは、コンピュータ10の内部に設けられたバス16(制御バス,データバス等)を介して互いに通信可能に接続される。数値流体解析用のコンピュータプログラム17は、外部記憶装置13にインストールされる。   As shown in FIG. 2, a computer 10 (temperature prediction device) includes a CPU 11 (Central Processing Unit), a memory 12 [Read Only Memory (ROM), Random Access Memory (RAM), etc.], an external storage device 13 [Hard Disk Drive (HDD), Solid State Drive (SSD), optical drive, etc.], input device 14 (keyboard, mouse, etc.) and output device 15 (display, printer device, etc.). These are connected to be communicable with each other via a bus 16 (control bus, data bus, etc.) provided in the computer 10. The computer program 17 for numerical fluid analysis is installed in the external storage device 13.

CPU11は、外部記憶装置13にインストールされたプログラムをメモリ12上に読み込んで実行し、計算結果を出力装置15に出力する。解析モデルとなる電池パック1の形状は、例えば汎用の三次元CAD(Computer Aided Design)ソフトウェアで作成されたデータをコンピュータプログラム17に流用することによって、あるいは入力装置14からの入力によって設定される。また、解析の条件(例えば初期条件や境界条件),具体的なパラメータ設定値等は、入力装置14からの入力に基づいて、あるいは予め与えられた値として設定される。   The CPU 11 reads the program installed in the external storage device 13 on the memory 12 and executes it, and outputs the calculation result to the output device 15. The shape of the battery pack 1 serving as an analysis model is set, for example, by diverting data created by general-purpose three-dimensional CAD (Computer Aided Design) software to the computer program 17 or by input from the input device 14. Further, analysis conditions (for example, initial conditions and boundary conditions), specific parameter setting values, and the like are set based on input from the input device 14 or as values given in advance.

数値流体解析のコンピュータプログラム17の機能を図2中に模式的に示す。このコンピュータプログラム17には、モデル作成部17a,条件設定部17b,マップ作成部17c,ガス温度取得部17d及び温度算出部17eが設けられる。なお、これらの各要素は、電子回路(ハードウェア)によって実現してもよく、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。   The function of the computer program 17 for numerical fluid analysis is schematically shown in FIG. The computer program 17 includes a model creation unit 17a, a condition setting unit 17b, a map creation unit 17c, a gas temperature acquisition unit 17d, and a temperature calculation unit 17e. Each of these elements may be realized by an electronic circuit (hardware), or a part of these functions may be provided as hardware and the other part may be software.

モデル作成部17aは、上述した解析モデルを作成するものである。モデル作成部17aは、図1(b)及び(c)に示すように、電池パック1の周辺の空気の領域を複数のセル60に分割してモデル化した流体モデル6と、電池パック1の内部の固体部分を複数のセル40に分割してモデル化した固体内部モデル4と、電池パック1の周辺の空気との接触部分を複数のセル50に分割してモデル化した固体外部モデル5とを作成する。   The model creation unit 17a creates the analysis model described above. As shown in FIGS. 1B and 1C, the model creation unit 17 a includes a fluid model 6 that is modeled by dividing an air region around the battery pack 1 into a plurality of cells 60, and the battery pack 1. A solid internal model 4 in which an internal solid portion is divided into a plurality of cells 40 and modeled; and a solid external model 5 in which a contact portion with air around the battery pack 1 is divided into a plurality of cells 50 and modeled; Create

さらに、モデル作成部17aは、複数のセル40のうち、電池パック1の内部の空気との接触部分に位置するセルを固体内部境界セル41として設定するとともに、複数のセル60のうち、固体外部モデル5と流体モデル6との境界部に位置するセルを流体境界セル61として設定する。また、複数のセル50を全て固体外部境界セル50として設定する。   Further, the model creating unit 17a sets a cell located in a contact portion with the air inside the battery pack 1 among the plurality of cells 40 as the solid internal boundary cell 41, and out of the plurality of cells 60, A cell located at the boundary between the model 5 and the fluid model 6 is set as a fluid boundary cell 61. Further, all the plurality of cells 50 are set as the solid outer boundary cells 50.

条件設定部17bは、解析に用いる条件を設定するものである。条件設定部17bは、図3に示すように、流体モデル6の定常解析に用いる境界条件として、複数の境界温度Tb1,Tb2,…,TbKを設定する。条件設定部17bは、例えば、電池パック1の常温よりも低い温度(例えば35[℃])を境界温度Tb1として設定し、電池パック1が異常発熱した場合の温度よりも高い温度(例えば500[℃])を境界温度TbKとして設定し、これらの間を所定の温度間隔(例えば50〜100[℃])で分割して境界温度Tb2,…,TbK-1として設定する。なお、Kは、3以上の整数であり、後述する定常解析の回数に対応する。 The condition setting unit 17b sets conditions used for analysis. As shown in FIG. 3, the condition setting unit 17 b sets a plurality of boundary temperatures Tb 1 , Tb 2 ,..., Tb K as boundary conditions used for steady analysis of the fluid model 6. The condition setting unit 17b sets, for example, a temperature lower than the room temperature of the battery pack 1 (for example, 35 [° C.]) as the boundary temperature Tb 1 and a temperature higher than the temperature when the battery pack 1 abnormally generates heat (for example, 500). [° C.]) was set as a boundary temperature Tb K, the boundary temperature Tb 2 is divided between them in a predetermined temperature interval (e.g. 50~100 [℃]), ..., is set as Tb K-1. Note that K is an integer of 3 or more, and corresponds to the number of times of steady analysis described later.

条件設定部17bは、固体内部モデル4及び固体外部モデル5の非定常解析に用いる初期条件として、初期温度Tsを設定する。初期温度Tsは、例えば電池パック1の常温(例えば40[℃])である。条件設定部17bは、設定した複数の境界温度Tb1,Tb2,…,TbKをマップ作成部17cに伝達するとともに、設定した初期温度Tsを温度算出部17eに伝達する。なお、条件設定部17bによる複数の境界温度Tb1,Tb2,…,TbK及び初期温度Tsの設定の仕方は特に限定されない。 The condition setting unit 17b sets an initial temperature Ts as an initial condition used for unsteady analysis of the solid internal model 4 and the solid external model 5. The initial temperature Ts is, for example, the normal temperature of the battery pack 1 (for example, 40 [° C.]). The condition setting unit 17b transmits the set boundary temperatures Tb 1 , Tb 2 ,..., Tb K to the map creation unit 17c, and transmits the set initial temperature Ts to the temperature calculation unit 17e. Note that the method of setting the plurality of boundary temperatures Tb 1 , Tb 2 ,..., Tb K and the initial temperature Ts by the condition setting unit 17b is not particularly limited.

マップ作成部17cは、流体モデル6の定常解析の結果を用いて2つのマップMp1,Mp2を作成するものであり、全ての流体境界セル61について、各々の流体境界セル61に対し2つのマップMp1,Mp2を作成する。ここで作成されるマップMp1,Mp2は、後述する固体外部モデル5の非定常解析に利用される。 The map creation unit 17 c creates two maps Mp 1 and Mp 2 using the result of steady analysis of the fluid model 6. For all fluid boundary cells 61, two maps Mp 1 and Mp 2 are provided for each fluid boundary cell 61. Maps Mp 1 and Mp 2 are created. The maps Mp 1 and Mp 2 created here are used for unsteady analysis of the solid external model 5 described later.

マップ作成部17cは、まず、流体モデル6の流体境界セル61のそれぞれについて、条件設定部17bで設定された複数の境界温度Tb1,Tb2,…,TbKを1つずつ用いて定常解析を行う。ここでは、図3に示すように、各流体境界セル61について、境界温度Tb1を入力値とした定常解析1,境界温度Tb2を入力値とした定常解析2,…,境界温度TbKを入力値とした定常解析Kを実施する。 First, the map creation unit 17c uses a plurality of boundary temperatures Tb 1 , Tb 2 ,..., Tb K set by the condition setting unit 17b for each of the fluid boundary cells 61 of the fluid model 6 to perform steady analysis. I do. Here, as shown in FIG. 3, for each fluid boundary cell 61, steady analysis 1, with boundary temperature Tb 1 as input value, steady analysis 2, with boundary temperature Tb 2 as input value, boundary temperature Tb K A steady analysis K is performed with the input values.

ここでいう定常解析とは、例えば1つの境界条件である境界温度Tb1が与えられたときに、その境界条件を持った流体モデル6の各流体境界セル61の温度がどのような定常温度に収束するのか、あるいは、その定常温度の分布がどのような分布になるのかを数値解析することである。境界温度Tb1,Tb2,…,TbKのそれぞれは、流体モデル6と固体外部モデル5との境界部における温度分布を与える。したがって、流体モデル6の最外殻に位置する流体境界セル61とこれに隣接する固体外部モデル5側との間の伝熱量は、境界温度Tb1,Tb2,…,TbKのそれぞれと流体境界セル61の温度とに基づいて算出することができる。 The steady analysis here means, for example, when a boundary temperature Tb 1 which is one boundary condition is given, to what steady temperature the temperature of each fluid boundary cell 61 of the fluid model 6 having the boundary condition is. It is a numerical analysis of whether it converges or what kind of distribution the steady-state temperature is. Each of the boundary temperatures Tb 1 , Tb 2 ,..., Tb K gives a temperature distribution at the boundary between the fluid model 6 and the solid external model 5. Therefore, the amount of heat transfer between the fluid boundary cell 61 located at the outermost solid external model 5 side adjacent thereto of the fluid model 6, boundary temperature Tb 1, Tb 2, ..., respectively fluid Tb K It can be calculated based on the temperature of the boundary cell 61.

上記のK回の定常解析によって、各流体境界セル61について、熱伝達係数hと、各流体境界セル61に隣接する固体外部境界セル50の温度Twe(以下、外壁面温度Tweという)と、各流体境界セル61の温度Tf(以下、流体温度Tfという)と、輻射の入熱量Hi(以下、輻射入熱量Hiという)とがK個ずつ算出される。すなわち、図3に示すように、定常解析1では熱伝達係数h1と外壁面温度Twe1と流体温度Tf1と輻射入熱量Hi1とが算出され、定常解析2では熱伝達係数h2と外壁面温度Twe2と流体温度Tf2と輻射入熱量Hi2とが算出され、定常解析Kでは熱伝達係数hKと外壁面温度TweKと流体温度TfKと輻射入熱量HiKとが算出される。 By the above K times steady analysis, for each fluid boundary cell 61, the heat transfer coefficient h, the temperature Twe of the solid outer boundary cell 50 adjacent to each fluid boundary cell 61 (hereinafter referred to as the outer wall surface temperature Twe), The temperature Tf of the fluid boundary cell 61 (hereinafter referred to as fluid temperature Tf) and the amount of radiation input heat Hi (hereinafter referred to as radiation input heat amount Hi) are calculated K times. That is, as shown in FIG. 3, in the steady analysis 1, the heat transfer coefficient h 1 , the outer wall temperature Twe 1 , the fluid temperature Tf 1, and the radiation heat input Hi 1 are calculated, and in the steady analysis 2 the heat transfer coefficient h 2 Outer wall temperature Twe 2 , fluid temperature Tf 2 and radiant heat input Hi 2 are calculated. In steady analysis K, heat transfer coefficient h K , outer wall temperature Twe K , fluid temperature Tf K and radiant heat input Hi K are calculated. Is done.

マップ作成部17cは、横軸に外壁面温度Twe,縦軸に流体温度Tfをとったグラフに、定常解析で得たK組の外壁面温度Twe及び流体温度Tf〔すなわち、座標(Twe1,Tf1),(Twe2,Tf2),…,(TweK,TfK)〕をプロットし、最小二乗法や主成分分析の手法等を用いて近似直線(回帰直線,補間関数)を算出して第一マップMp1を作成する。つまり、第一マップMp1は、ある1つの流体境界セル61における流体温度Tfと外壁面温度Tweとの関係を示すものであり、流体境界セル61毎に作成されるものである。ここで算出される近似直線は、流体温度Tfが外壁面温度Tweの関数として表現されたものである。これにより、各流体境界セル61について、外壁面温度Tweの変化量に対する流体温度Tfの変化量の比(流体温度Tfの変化量/外壁面温度Tweの変化量,すなわち近似直線の傾き)を把握することができる。 The map creating unit 17c displays a graph in which the horizontal axis represents the outer wall temperature Twe and the vertical axis represents the fluid temperature Tf, and the K sets of outer wall temperature Twe and fluid temperature Tf [ie, coordinates (Twe 1 , Plot (Tf 1 ), (Twe 2 , Tf 2 ), ..., (Twe K , Tf K )], and calculate approximate lines (regression lines, interpolation functions) using least squares, principal component analysis, etc. Thus, the first map Mp 1 is created. That is, the first map Mp 1 shows the relationship between the fluid temperature Tf and the outer wall surface temperature Twe in a certain fluid boundary cell 61 and is created for each fluid boundary cell 61. The approximate straight line calculated here is a fluid temperature Tf expressed as a function of the outer wall surface temperature Twe. As a result, for each fluid boundary cell 61, the ratio of the change amount of the fluid temperature Tf to the change amount of the outer wall surface temperature Twe (the change amount of the fluid temperature Tf / the change amount of the outer wall surface temperature Twe, that is, the slope of the approximate line) is grasped. can do.

同様に、マップ作成部17cは、横軸に外壁面温度Twe,縦軸に輻射入熱量Hiをとったグラフに、定常解析で得たK組の外壁面温度Twe及び輻射入熱量Hi〔すなわち、座標(Twe1,Hi1),(Twe2,Hi2),…,(TweK,HiK)〕をプロットし、最小二乗法や主成分分析の手法等を用いて近似直線(回帰直線,補間関数)を算出して第二マップMp2を作成する。つまり、第二マップMp2は、ある1つの流体境界セル61における輻射入熱量Hiと外壁面温度Tweとの関係を示すものであり、流体境界セル61毎に作成されるものである。ここで算出される近似直線は、輻射入熱量Hiが外壁面温度Tweの関数として表現されたものである。これにより、各流体境界セル61について、外壁面温度Tweの変化量に対する輻射入熱量Hiの変化量の比(輻射入熱量Hiの変化量/外壁面温度Tweの変化量,すなわち近似直線の傾き)を把握することができる。 Similarly, the map creating unit 17c uses a graph in which the horizontal axis represents the outer wall surface temperature Twe and the vertical axis represents the radiation input heat amount Hi. Plot the coordinates (Twe 1 , Hi 1 ), (Twe 2 , Hi 2 ), ..., (Twe K , Hi K )], and use the least squares method, principal component analysis method, etc. to calculate the interpolation function) to create a second map Mp 2. That is, the second map Mp 2 shows the relationship between the radiation heat input Hi and the outer wall surface temperature Twe in a certain fluid boundary cell 61, and is created for each fluid boundary cell 61. The approximate straight line calculated here represents the amount of heat input Hi as a function of the outer wall surface temperature Twe. Thus, for each fluid boundary cell 61, the ratio of the change amount of the radiation input heat amount Hi to the change amount of the outer wall surface temperature Twe (the change amount of the radiation input heat amount Hi / the change amount of the outer wall surface temperature Twe, that is, the slope of the approximate straight line). Can be grasped.

なお、定常解析の回数Kは、マップMp1,Mp2を作成するときのプロット点と一致するため、計算精度と計算負荷とのバランスを考慮した値(例えば4〜6)に設定される。ただし、マップ作成部17cによるK回の定常解析は独立して計算可能なため、十分な計算リソースがあれば並列処理が可能であり、計算処理にかかる時間は境界温度Tbの個数Kが多くてもそれほど変わりはないと考えられる。そのため、例えば十分な計算リソースがある場合には、境界温度Tbの個数Kを多めに設定し、計算精度をさらに高めるといったことも可能である。 The number K of steady analysis coincides with the plot points when the maps Mp 1 and Mp 2 are created, and is set to a value (for example, 4 to 6) in consideration of the balance between calculation accuracy and calculation load. However, since the K steady analysis by the map creation unit 17c can be calculated independently, parallel processing is possible if there are sufficient calculation resources, and the time required for the calculation processing is large because the number K of boundary temperatures Tb is large. It is thought that there is not much change. Therefore, for example, when there are sufficient calculation resources, it is possible to set the number K of the boundary temperatures Tb larger to further increase the calculation accuracy.

ガス温度取得部17dは、予め取得した電池パック1の内部の温度変化に関する実測データ9に基づいて、固体内部モデル4の各固体内部境界セル41に隣接する空気の温度をガス温度Taとして取得するものである。ここで取得されたガス温度Taは、後述する固体内部モデル4の非定常解析に利用される。   The gas temperature acquisition unit 17d acquires the temperature of the air adjacent to each solid internal boundary cell 41 of the solid internal model 4 as the gas temperature Ta based on the actual measurement data 9 regarding the temperature change inside the battery pack 1 acquired in advance. Is. The gas temperature Ta acquired here is used for unsteady analysis of the solid internal model 4 described later.

まず、図4(a)〜(c)を用いて、実測データ9について説明する。図4(a)は電池パック1内の温度測定点を示す模式的な上面図(カバー7bを省略したもの)であり、図4(b)及び(c)は実測により取得した電池パック1の内部の温度変化を示すグラフ(実測データの一部)の一例である。図4(b)は測定点Aのグラフであり、図4(c)は測定点Mのグラフである。   First, actual measurement data 9 will be described with reference to FIGS. 4A is a schematic top view showing the temperature measurement points in the battery pack 1 (with the cover 7b omitted), and FIGS. 4B and 4C show the battery pack 1 obtained by actual measurement. It is an example of the graph (a part of actual measurement data) which shows an internal temperature change. 4B is a graph of the measurement point A, and FIG. 4C is a graph of the measurement point M.

前述したように、電池セル3が熱暴走する場合には電池パック1内の温度が急激に変化するため、従来の推定方法ではこのような非定常状態における温度を予測することができない。そこで、本実施形態では、予め、電池セル3が熱暴走する状態を作り出し、実際に熱暴走した場合の電池パック1内における複数の位置の温度変化を測定する。本実施形態では、図4(a)に示すように、電池パック1に内蔵された6個の電池モジュール2のうち、左から3番目の電池モジュール2の最上部の電池セル3を内部短絡させ(例えば、図中矢印の位置に釘を刺して)、電池セル3が熱暴走する状態を作り出す。   As described above, since the temperature in the battery pack 1 changes abruptly when the battery cell 3 undergoes thermal runaway, the temperature in such an unsteady state cannot be predicted by the conventional estimation method. Therefore, in the present embodiment, a state in which the battery cell 3 is thermally runaway is created in advance, and temperature changes at a plurality of positions in the battery pack 1 when the thermal runaway is actually measured are measured. In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, among the six battery modules 2 built in the battery pack 1, the uppermost battery cell 3 of the third battery module 2 from the left is internally short-circuited. (For example, a nail is stabbed at the position of the arrow in the figure), and a state in which the battery cell 3 is thermally runaway is created.

図4(a)中に矢印で示した位置の電池セル3を内部短絡させると、この電池セル3は、充放電時の発熱量よりも大きな発熱量で発熱する。この熱は隣接する電池セル3に伝わり、これにより隣接する電池セル3も大きな発熱量で発熱する。本実施形態では、1つの電池モジュール2が8個の電池セル3で構成されているため、8個の電池セル3が次々と異常発熱していく。なお、急激に温度上昇した電池セル3は、内圧が上昇するため、外部(すなわち電池パック1内)へガスを放出させる。   When the battery cell 3 at the position indicated by the arrow in FIG. 4A is internally short-circuited, the battery cell 3 generates heat with a heat generation amount larger than the heat generation amount during charge / discharge. This heat is transmitted to the adjacent battery cell 3, and the adjacent battery cell 3 also generates heat with a large calorific value. In the present embodiment, since one battery module 2 is composed of eight battery cells 3, the eight battery cells 3 generate abnormal heat one after another. In addition, since the internal pressure rises in the battery cell 3 whose temperature has rapidly increased, the gas is released to the outside (that is, inside the battery pack 1).

また、図4(a)中に白抜き三角で示したA〜Nの14箇所の測定点において、最初に内部短絡させた瞬間からの温度変化を測定する。測定点A〜Nには、それぞれ温度センサが配置される。各温度センサは、その地点での温度変化を検出し、検出した情報をコンピュータ10へ出力する。ここで出力された情報は、実測データ9としてコンピュータ10のメモリ12に記憶される。   In addition, at 14 measurement points A to N indicated by white triangles in FIG. 4A, the temperature change from the moment when the internal short circuit is first performed is measured. Temperature sensors are arranged at the measurement points A to N, respectively. Each temperature sensor detects a temperature change at that point and outputs the detected information to the computer 10. The information output here is stored in the memory 12 of the computer 10 as the actual measurement data 9.

例えば、測定点Aの温度センサは、熱暴走させる電池セル3の表面の温度変化を測定する。また、測定点Mの温度センサは、熱暴走させる電池セル3の近傍の空気(電池パック1内の空間)の温度変化を測定する。これらの測定結果をそれぞれグラフ化したものが図4(b)及び(c)である。グラフ中の時刻t1〜t8は、それぞれ電池セル3が大きな発熱量で発熱した瞬間の時刻である。電池セル3の発熱量の急増に伴って、測定点での温度が上昇することがわかる。実測データ9には、測定点A〜Nでそれぞれ測定された温度変化に関する情報〔例えば図4(b)及び(c)のようなグラフ〕が含まれている。 For example, the temperature sensor at the measurement point A measures the temperature change of the surface of the battery cell 3 that is caused to run out of heat. Further, the temperature sensor at the measurement point M measures the temperature change of the air (space in the battery pack 1) in the vicinity of the battery cell 3 to be thermally runaway. The graphs of these measurement results are shown in FIGS. 4B and 4C. Times t 1 to t 8 in the graph are times when the battery cells 3 generate heat with a large amount of heat. It can be seen that the temperature at the measurement point increases as the calorific value of the battery cell 3 rapidly increases. The actual measurement data 9 includes information related to temperature changes measured at the measurement points A to N (for example, graphs as shown in FIGS. 4B and 4C).

ガス温度取得部17dは、実測データ9を用いて、電池パック1内における複数の位置の測定温度を空間補間して、固体内部モデル4の各固体内部境界セル41に隣接するガス温度Taを算出する。空間補間(三次元補間ともいう)とは、空間的にばらついた複数の測定点のデータ(ここでは温度)を用いて、これら測定点の近傍の点での値(温度)を推定(算出)する手法をいう。本実施形態では、固体内部境界セル41に隣接する空気のガス温度Taを、複数の測定点A〜Nのうちの3箇所の測定点の温度から算出する。   The gas temperature acquisition unit 17d calculates the gas temperature Ta adjacent to each solid internal boundary cell 41 of the solid internal model 4 by spatially interpolating measured temperatures at a plurality of positions in the battery pack 1 using the actual measurement data 9. To do. Spatial interpolation (also referred to as three-dimensional interpolation) estimates (calculates) values (temperatures) at points in the vicinity of these measurement points using data (in this case, temperature) from multiple measurement points that vary spatially The technique to do. In the present embodiment, the gas temperature Ta of air adjacent to the solid inner boundary cell 41 is calculated from the temperatures of three measurement points among the plurality of measurement points A to N.

ここで、図5を用いて空間補間のアルゴリズムについて説明する。まず、ガス温度取得部17dは、計算格子の中心点(点0)と周辺の測定点との長さを算出し、長さが最も近く、且つ、共線ではない3つの測定点(点1〜3)を抽出する。この点0は、固体内部境界セル41に隣接する空気に対応する。周辺の測定点は、複数の測定点A〜Nに対応する。これら3つの点1〜3の座標をそれぞれ(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3)とすると、これら3つの点1〜3を通過する平面方程式は、以下の式1で表される。この平面を位置平面と呼ぶ。なお、係数a,b,cは、以下の式2の行列式から算出される。 Here, a spatial interpolation algorithm will be described with reference to FIG. First, the gas temperature acquisition unit 17d calculates the lengths of the center point (point 0) of the calculation grid and the surrounding measurement points, and the three measurement points (point 1) that are closest in length and are not collinear. Extract ~ 3). This point 0 corresponds to the air adjacent to the solid inner boundary cell 41. The peripheral measurement points correspond to a plurality of measurement points A to N. If the coordinates of these three points 1 to 3 are (x 1 , y 1 , z 1 ), (x 2 , y 2 , z 2 ) and (x 3 , y 3 , z 3 ), respectively, these three points The plane equation passing through 1 to 3 is expressed by the following Equation 1. This plane is called a position plane. The coefficients a, b, and c are calculated from the determinant of Expression 2 below.

Figure 0006432192
Figure 0006432192

また、点1を通る平面法線の方程式は、以下の式3で表される。   The plane normal equation passing through the point 1 is expressed by the following formula 3.

Figure 0006432192
Figure 0006432192

ガス温度取得部17dは、この法線上に点4を作成する。点4と点1との長さは、点1の測定温度T1に応じた値(例えば測定温度T1に比例した値や測定温度T1に等しい値)に設定される。例えば、点1が測定点Aの場合、点4と点1(測定点A)との長さは、測定点Aの測定温度に対応した値に設定される。本実施形態では、ガス温度取得部17dは、点4の座標(x4,y4,z4)を、以下の式4及び式5の連立方程式から算出する。 The gas temperature acquisition unit 17d creates a point 4 on this normal. The length between the point 4 and point 1 is set to a value corresponding to the measured temperature T 1 of the point 1 (e.g. a value equal to proportional to the measured temperatures T 1 values and measured temperatures T 1). For example, when the point 1 is the measurement point A, the length between the point 4 and the point 1 (measurement point A) is set to a value corresponding to the measurement temperature at the measurement point A. In the present embodiment, the gas temperature acquisition unit 17d calculates the coordinates (x 4 , y 4 , z 4 ) of the point 4 from the simultaneous equations of the following equations 4 and 5.

Figure 0006432192
Figure 0006432192

同様に、ガス温度取得部17dは、点2及び点3の平面法線の方程式及び測定温度T2,T3を利用して点5及び点6を作成し、点5及び点6の座標を算出する。これらの座標から、点4〜6を通る平面方程式は、以下の式6で表される。この平面を温度平面と呼ぶ。なお、係数a1,b1,c1は、以下の式7の行列式から算出される。 Similarly, the gas temperature acquisition unit 17d creates points 5 and 6 using the plane normal equation of points 2 and 3 and the measured temperatures T 2 and T 3 , and sets the coordinates of points 5 and 6 as coordinates. calculate. From these coordinates, the plane equation passing through the points 4 to 6 is expressed by the following equation 6. This plane is called a temperature plane. The coefficients a 1 , b 1 , and c 1 are calculated from the determinant of Expression 7 below.

Figure 0006432192
Figure 0006432192

つまり、本実施形態では、位置平面内のある点の温度は、この点を通過する法線の両平面間の長さと等しい値になる。そこで、ガス温度取得部17dは、計算格子の中心の点0の座標(x0,y0,z0)を位置平面へ投影し、投影点(点7)の座標(x7,y7,z7)を以下の式8及び式9の連立方程式から算出する。 That is, in the present embodiment, the temperature at a certain point in the position plane is equal to the length between both planes of the normal passing through this point. Therefore, the gas temperature acquisition unit 17d projects the coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) of the center point 0 of the calculation grid onto the position plane, and coordinates (x 7 , y 7 , z 7 ) is calculated from the simultaneous equations of Equation 8 and Equation 9 below.

Figure 0006432192
Figure 0006432192

ガス温度取得部17dは、点0を通過する位置平面の法線と温度平面との交点(点8)の座標(x8,y8,z8)を以下の式10及び式11の連立方程式から算出する。 The gas temperature acquisition unit 17d determines the coordinates (x 8 , y 8 , z 8 ) of the intersection (point 8) between the normal of the position plane that passes through the point 0 and the temperature plane, and the simultaneous equations of the following equations 10 and 11. Calculate from

Figure 0006432192
Figure 0006432192

点0と点1〜3との位置関係は、点7と点1〜3との位置関係に略等しい。そこで、ガス温度取得部17dは、点0の温度(すなわちガス温度Ta)を、点7と点8との長さから算出する。このように、ガス温度取得部17dは、実測データ9を用いて、固体内部境界セル41に隣接する空気のガス温度Taを所定の演算周期で繰り返し算出する。この演算周期は、後述の温度算出部17eによる非定常解析の演算周期と同一である。ガス温度取得部17dは、算出したガス温度Taを温度算出部17eに伝達する。   The positional relationship between point 0 and points 1 to 3 is substantially equal to the positional relationship between point 7 and points 1 to 3. Therefore, the gas temperature acquisition unit 17d calculates the temperature at the point 0 (that is, the gas temperature Ta) from the lengths of the points 7 and 8. In this way, the gas temperature acquisition unit 17d repeatedly calculates the gas temperature Ta of the air adjacent to the solid inner boundary cell 41 at a predetermined calculation cycle using the actual measurement data 9. This calculation cycle is the same as the calculation cycle of the unsteady analysis by the temperature calculation unit 17e described later. The gas temperature acquisition unit 17d transmits the calculated gas temperature Ta to the temperature calculation unit 17e.

温度算出部17eは、固体内部モデル4の各セル40の伝熱量と固体外部モデル5の各セル50の伝熱量とを算出し、これら伝熱量から各セル40,50の温度を算出するものである。温度算出部17eは、セル40,50毎に、熱伝導による伝熱量qt,輻射による伝熱量qr及び対流による伝熱量qcのうち、そのセルの温度に影響を与える伝熱形態の伝熱量を所定の演算周期で非定常解析にて算出し、算出した伝熱量を合計した全伝熱量qに基づいてそのセルの温度を算出する。これにより、電池パック1に関する温度の変化や分布が予測される。なお、演算周期は計算精度と計算負荷とを考慮して適宜設定される。   The temperature calculation unit 17e calculates the heat transfer amount of each cell 40 of the solid internal model 4 and the heat transfer amount of each cell 50 of the solid external model 5, and calculates the temperature of each cell 40, 50 from these heat transfer amounts. is there. For each cell 40, 50, the temperature calculation unit 17e predetermines a heat transfer amount in a heat transfer mode that affects the temperature of the cell among heat transfer amount qt by heat conduction, heat transfer amount qr by radiation, and heat transfer amount qc by convection. And the temperature of the cell is calculated based on the total heat transfer amount q obtained by adding the calculated heat transfer amounts. Thereby, the change and distribution of the temperature regarding the battery pack 1 are estimated. The calculation cycle is appropriately set in consideration of calculation accuracy and calculation load.

ここで、熱伝導による伝熱量qtと輻射による伝熱量qrは、固体内部モデル4,固体外部モデル5側での演算だけで算出可能であるが、対流による伝熱量qc(以下、対流伝熱量qcという)は固体内部モデル4,固体外部モデル5と隣接する流体の温度情報がなければ演算できない。そこで、温度算出部17eは、対流伝熱量qcの演算が必要な、流体との境界部に位置するセル(すなわち、固体内部境界セル41及び固体外部境界セル50)については、条件設定部17b及びガス温度取得部17dから伝達された情報とマップ作成部17cで作成されたマップMp1,Mp2とを用いて、対流伝熱量qcを算出する。 Here, the heat transfer amount qt due to heat conduction and the heat transfer amount qr due to radiation can be calculated only by calculation on the solid internal model 4 and solid external model 5 side, but the heat transfer amount qc (hereinafter referred to as convection heat transfer amount qc). Cannot be calculated without the temperature information of the fluid adjacent to the solid internal model 4 and the solid external model 5. Therefore, the temperature calculation unit 17e requires the condition setting unit 17b and the cell located at the boundary with the fluid (that is, the solid inner boundary cell 41 and the solid outer boundary cell 50) that require calculation of the convective heat transfer amount qc. The amount of convection heat transfer qc is calculated using the information transmitted from the gas temperature acquisition unit 17d and the maps Mp 1 and Mp 2 created by the map creation unit 17c.

対流伝熱量qcの具体的な演算方法を説明する。温度算出部17eは、固体内部モデル4の各固体内部境界セル41の対流伝熱量qciと、固体外部モデル5の各固体外部境界セル50の対流伝熱量qceとを、異なる演算方法を用いた非定常解析により算出する。なお、前者の演算方法を第一演算方法,後者の演算方法を第二演算方法と呼ぶ。   A specific calculation method of the convection heat transfer amount qc will be described. The temperature calculation unit 17e uses a different calculation method to calculate the convective heat transfer amount qci of each solid internal boundary cell 41 of the solid internal model 4 and the convective heat transfer amount qce of each solid external boundary cell 50 of the solid external model 5 using different calculation methods. Calculated by steady state analysis. The former calculation method is called a first calculation method, and the latter calculation method is called a second calculation method.

ここでいう非定常解析とは、例えば、1つの初期条件である初期温度Tsが与えられたときに、その初期条件を持った固体内部モデル4,固体外部モデル5の各セルの温度が、時間経過とともにどのように変化するのか、あるいは温度の分布がどのような分布になるのかを数値解析することである。   The non-stationary analysis here refers to, for example, when an initial temperature Ts which is one initial condition is given, the temperature of each cell of the solid internal model 4 and the solid external model 5 having the initial condition is time. It is a numerical analysis of how the temperature changes over time or how the temperature distribution becomes.

温度算出部17eは、各固体内部境界セル41について、第一演算方法を用いた非定常解析により対流伝熱量qciを算出するとともに、熱伝導による伝熱量qt,輻射による伝熱量qrを必要に応じて算出し、これらを合計した全伝熱量qに基づいてそのセル41の温度を壁面温度Twiとして算出する。第一演算方法では、流体の温度情報として、予め実測により取得した実測データ9が用いられる。   The temperature calculation unit 17e calculates the convection heat transfer amount qci for each solid inner boundary cell 41 by unsteady analysis using the first calculation method, and calculates the heat transfer amount qt by heat conduction and the heat transfer amount qr by radiation as necessary. The temperature of the cell 41 is calculated as the wall surface temperature Twi based on the total heat transfer amount q obtained by adding these. In the first calculation method, actual measurement data 9 acquired in advance by actual measurement is used as the temperature information of the fluid.

すなわち、温度算出部17eは、ガス温度取得部17dによって実測データ9から空間補間にて算出された、各固体内部境界セル41に隣接する空気のガス温度Taを用いる。温度算出部17eは、このガス温度Taを以下の式12に代入し、そのセル41の対流伝熱量qciを算出する。式12中のTwiは、前回の演算周期で演算されたこのセル41の壁面温度であり、最初の演算周期では、条件設定部17bで設定された初期温度Tsが壁面温度Twiとして代入される。なお、ガス温度Taは、対流伝熱量qciを算出する演算周期と同周期で算出された値を用いる。   That is, the temperature calculation unit 17e uses the gas temperature Ta of the air adjacent to each solid inner boundary cell 41 calculated by spatial interpolation from the actual measurement data 9 by the gas temperature acquisition unit 17d. The temperature calculation unit 17e substitutes this gas temperature Ta into the following equation 12 to calculate the convective heat transfer amount qci of the cell 41. Twi in Expression 12 is the wall surface temperature of the cell 41 calculated in the previous calculation cycle. In the first calculation cycle, the initial temperature Ts set by the condition setting unit 17b is substituted as the wall surface temperature Twi. The gas temperature Ta uses a value calculated in the same cycle as the calculation cycle for calculating the convection heat transfer amount qci.

Figure 0006432192
Figure 0006432192

温度算出部17eは、各固体外部境界セル50について、第二演算方法を用いた非定常解析により対流伝熱量qceを算出するとともに、熱伝導による伝熱量qt,輻射による伝熱量qrを必要に応じて算出し、これらを合計した全伝熱量qに基づいてそのセル50の温度を外壁面温度Tweとして算出する。第二演算方法では、マップ作成部17cにより作成された、各固体外部境界セル50に隣接する流体境界セル61のマップMp1,Mp2が用いられる。 The temperature calculation unit 17e calculates the convection heat transfer amount qce for each solid outer boundary cell 50 by unsteady analysis using the second calculation method, and also calculates the heat transfer amount qt by heat conduction and the heat transfer amount qr by radiation as necessary. And the temperature of the cell 50 is calculated as the outer wall surface temperature Twe based on the total heat transfer amount q. In the second calculation method, the maps Mp 1 and Mp 2 of the fluid boundary cell 61 adjacent to each solid outer boundary cell 50 created by the map creating unit 17c are used.

すなわち、温度算出部17eは、前回の演算周期で演算された各固体外部境界セル50の外壁面温度Tweを2つのマップMp1,Mp2にそれぞれ適用して、このセル50に隣接する流体境界セル61の流体温度Tf及び輻射入熱量Hiを取得する。そして、これらの値を以下の式13に代入して、そのセル50の対流伝熱量qceを算出する。マップMp1,Mp2に適用する外壁面温度Twe及び式13中のTweは、前回の演算周期で演算されたこのセル50の外壁面温度であり、最初の演算周期では、条件設定部17bで設定された初期温度Tsが外壁面温度Tweとして代入される。 That is, the temperature calculation unit 17e applies the outer wall surface temperature Twe of each solid outer boundary cell 50 calculated in the previous calculation cycle to the two maps Mp 1 and Mp 2 , respectively, and the fluid boundary adjacent to the cell 50 The fluid temperature Tf and the radiation heat input Hi of the cell 61 are acquired. Then, by substituting these values into the following formula 13, the convective heat transfer amount qce of the cell 50 is calculated. The outer wall surface temperature Twe applied to the maps Mp 1 and Mp 2 and Twe in the equation 13 are the outer wall surface temperature of the cell 50 calculated in the previous calculation cycle. In the first calculation cycle, the condition setting unit 17b The set initial temperature Ts is substituted as the outer wall surface temperature Twe.

Figure 0006432192
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式13中のhは、マップ作成部17cによる定常解析で算出された複数の熱伝達係数h1,h2,…,hKの平均値である。また、式13中のσは、ステファン・ボルツマン定数であり、εは輻射率(定数)である。
つまり、固体内部モデル4及び固体外部モデル5の各境界セル41,50の温度は、最初の演算周期では、条件設定部17bで設定される初期温度Tsとして与えられ、2回目以降の演算周期では、前回の演算周期で演算された壁面温度Twi,外壁面温度Tweが与えられる。一方、これらの温度Ts,Twi,Tweには、固体内部モデル4及び固体外部モデル5が包囲される環境温度に関する情報が含まれておらず、流体部分と固体部分との境界部における境界条件が定まらない。
In Expression 13, h is an average value of a plurality of heat transfer coefficients h 1 , h 2 ,..., H K calculated by steady analysis by the map creating unit 17c. In Equation 13, σ is a Stefan-Boltzmann constant, and ε is an emissivity (constant).
That is, the temperatures of the boundary cells 41 and 50 of the solid internal model 4 and the solid external model 5 are given as the initial temperature Ts set by the condition setting unit 17b in the first calculation cycle, and in the second and subsequent calculation cycles. The wall surface temperature Twi and the outer wall surface temperature Twe calculated in the previous calculation cycle are given. On the other hand, these temperatures Ts, Twi, and Twe do not include information on the ambient temperature at which the solid internal model 4 and the solid external model 5 are surrounded, and the boundary conditions at the boundary between the fluid part and the solid part are Not determined.

一方、マップ作成部17cで作成される第一マップMp1には、外壁面温度Tweの関数として与えられる流体温度Tfが表現されている。つまり、この関数の外壁面温度Tweに初期温度Ts又は前回の演算周期で演算された外壁面温度Tweを代入すれば、初期温度Ts又は外壁面温度Tweに対応する流体温度Tfが算出される。したがって、固体外部モデル5の固体外部境界セル50とこれに隣接する流体モデル6側との間の伝熱量が算出可能となる。また、ガス温度取得部17dで算出されたガス温度Taは、固体内部モデル4の最外殻に位置する固体内部境界セル41に隣接する空気の温度であるため、このガス温度Taを用いることで、固体内部境界セル41とこれに隣接する空気との間の伝熱量が算出可能となる。 On the other hand, the fluid temperature Tf given as a function of the outer wall surface temperature Twe is expressed in the first map Mp 1 created by the map creating unit 17c. That is, if the initial temperature Ts or the outer wall temperature Twe calculated in the previous calculation cycle is substituted for the outer wall temperature Twe of this function, the fluid temperature Tf corresponding to the initial temperature Ts or the outer wall temperature Twe is calculated. Therefore, the amount of heat transfer between the solid outer boundary cell 50 of the solid outer model 5 and the fluid model 6 side adjacent thereto can be calculated. Further, the gas temperature Ta calculated by the gas temperature acquisition unit 17d is the temperature of the air adjacent to the solid internal boundary cell 41 located in the outermost shell of the solid internal model 4, and therefore, by using this gas temperature Ta, The amount of heat transfer between the solid inner boundary cell 41 and the air adjacent thereto can be calculated.

[3.フローチャート]
上記のコンピュータ10がコンピュータプログラム17を実行する際の手順(温度予測方法)を図3の解析プロセスを用いて説明する。
ステップS10では、解析モデルとなる電池パック1のデータが用意され、あるいは外部記憶装置13や入力装置14等から入力され、モデル作成部17aにより上述の固体内部モデル4,固体外部モデル5及び流体モデル6が作成される(モデル作成工程)。また、条件設定部17bにより複数の境界温度Tb1,Tb2,…,TbKが設定されるとともに、初期温度Tsが設定される。
[3. flowchart]
A procedure (temperature prediction method) when the computer 10 executes the computer program 17 will be described using the analysis process of FIG.
In step S10, data of the battery pack 1 serving as an analysis model is prepared or input from the external storage device 13, the input device 14, or the like, and the above-described solid internal model 4, solid external model 5 and fluid model are input by the model creation unit 17a. 6 is created (model creation step). In addition, a plurality of boundary temperatures Tb 1 , Tb 2 ,..., Tb K are set by the condition setting unit 17b, and an initial temperature Ts is set.

ステップS20では、マップ作成部17cにより、流体モデル6の流体境界セル61のそれぞれに対して、ステップS10で設定された複数の境界温度Tb1,Tb2,…,TbKを用いた定常解析1,定常解析2,…,定常解析Kが行われる。そして、各流体境界セル61について、熱伝達係数hと外壁面温度Tweと流体温度Tfと輻射入熱量HiとがK個ずつ算出される(定常解析工程)。 In step S20, steady analysis 1 using the plurality of boundary temperatures Tb 1 , Tb 2 ,..., Tb K set in step S10 for each of the fluid boundary cells 61 of the fluid model 6 by the map creating unit 17c. , Steady analysis 2,..., Steady analysis K is performed. Then, for each fluid boundary cell 61, K pieces of heat transfer coefficient h, outer wall surface temperature Twe, fluid temperature Tf, and radiation heat input amount Hi are calculated (steady state analysis step).

続くステップS30では、マップ作成部17cにより、横軸に外壁面温度Twe,縦軸に流体温度Tfをとり、定常解析で得られたK組の外壁面温度Twe及び流体温度Tfがプロットされ、最小二乗法等を用いて近似直線が算出されて、流体境界セル61毎に第一マップMp1が作成される(マップ作成工程)。同様に、横軸に外壁面温度Twe,縦軸に輻射入熱量Hiをとり、定常解析で得られたK組の外壁面温度Twe及び輻射入熱量Hiがプロットされ、最小二乗法等を用いて近似直線が算出されて、流体境界セル61毎に第二マップMp2が作成される(マップ作成工程)。 In the subsequent step S30, the map creating unit 17c plots the outer wall surface temperature Twe and the fluid temperature Tf of the K sets obtained by steady analysis by taking the outer wall surface temperature Twe on the horizontal axis and the fluid temperature Tf on the vertical axis. An approximate straight line is calculated using a square method or the like, and a first map Mp 1 is created for each fluid boundary cell 61 (map creation step). Similarly, taking the outer wall temperature Twe on the horizontal axis and the radiant heat input Hi on the vertical axis, the outer wall temperature Twe and the radiant heat input Hi of the K sets obtained by steady state analysis are plotted, using the least square method, etc. An approximate straight line is calculated, and a second map Mp 2 is created for each fluid boundary cell 61 (map creation step).

ステップS40では、温度算出部17eにより、固体外部モデル5の各固体外部境界セル50について、所定の演算周期で非定常解析が行われ、各固体外部境界セル50の外壁面温度Tweが算出されて、温度変化が求められる(温度算出工程)。なお、この算出工程において、対流伝熱量qceを算出するときに、ステップS10で設定された初期温度Tsと、ステップS30で作成されたマップMp1,Mp2とが用いられる。すなわち、初期温度Ts又は前回の演算周期で算出された外壁面温度TweがマップMp1,Mp2にそれぞれ適用され、流体温度Tf及び輻射入熱量Hiが取得されて、これらを用いて対流伝熱量qceが算出される。 In step S40, the temperature calculation unit 17e performs an unsteady analysis at a predetermined calculation cycle for each solid outer boundary cell 50 of the solid outer model 5, and calculates the outer wall surface temperature Twe of each solid outer boundary cell 50. A temperature change is obtained (temperature calculation step). In this calculation step, when calculating the convective heat transfer amount qce, the initial temperature Ts set in step S10 and the maps Mp 1 and Mp 2 created in step S30 are used. That is, the initial temperature Ts or the outer wall surface temperature Twe calculated in the previous calculation cycle is applied to the maps Mp 1 and Mp 2 , respectively, and the fluid temperature Tf and the radiant heat input Hi are acquired, and these are used for the convective heat transfer amount. qce is calculated.

一方、ステップS35では、ガス温度取得部17dにより、予め取得された実測データ9に基づいて、固体内部モデル4の固体内部境界セル41のそれぞれに隣接する空気のガス温度Taが空間補間にて算出される(ガス温度取得工程)。そして、ステップS45では、温度算出部17eにより、固体内部モデル4の各固体内部境界セル41について、所定の演算周期で非定常解析が行われ、各固体内部境界セル41の壁面温度Twiが算出されて、温度変化が求められる(温度算出工程)。なお、この算出工程において、対流伝熱量qciを算出するときに、ステップS10で設定された初期温度Tsと、ステップS35で算出されたガス温度Taとが用いられる。   On the other hand, in step S35, the gas temperature Ta of the air adjacent to each of the solid internal boundary cells 41 of the solid internal model 4 is calculated by spatial interpolation based on the actual measurement data 9 acquired in advance by the gas temperature acquisition unit 17d. (Gas temperature acquisition step). In step S45, the temperature calculation unit 17e performs an unsteady analysis at a predetermined calculation cycle on each solid inner boundary cell 41 of the solid inner model 4, and calculates the wall surface temperature Twi of each solid inner boundary cell 41. Thus, a temperature change is obtained (temperature calculation step). In this calculation step, when calculating the convection heat transfer amount qci, the initial temperature Ts set in step S10 and the gas temperature Ta calculated in step S35 are used.

ステップS20〜S40の処理と、ステップS35,S45の処理とは、並行して実行される。なお、ステップS40の非定常解析とステップS45の非定常解析とは、同一の演算周期で同一のタイミングに行われる。   The processes in steps S20 to S40 and the processes in steps S35 and S45 are executed in parallel. The unsteady analysis in step S40 and the unsteady analysis in step S45 are performed at the same timing in the same calculation cycle.

[4.効果]
(1)上述の温度予測装置10は、上述した手順(温度予測方法)で電池パック1に関する温度を予測する。すなわち、上述の温度予測装置10では、予め実測により取得した電池パック1の内部の温度変化に関する実測データ9を用いるため、温度予測する状況に対応した実測データを予め準備しておくことで、電池セル3の状態に関わらず(例えば、電池セル3が熱暴走したときのような非定常性の強い複雑な現象が発生した場合であっても)、電池パック1に関する温度を精度良く予測することができる。例えば、ある電池セル3が内部短絡して異常発熱し始めた時点からの時間経過とともに電池パック1内のある電池モジュール2の温度がどのように変化するのかといった温度変化や、ある時刻における複数の電池モジュール2の温度分布などを予測することができる。
[4. effect]
(1) The above-described temperature prediction device 10 predicts the temperature related to the battery pack 1 by the above-described procedure (temperature prediction method). That is, since the above-described temperature prediction device 10 uses the actual measurement data 9 regarding the temperature change inside the battery pack 1 acquired in advance by actual measurement, the actual measurement data corresponding to the temperature prediction situation is prepared in advance. Regardless of the state of the cell 3 (for example, even when a complicated phenomenon with strong non-stationarity such as when the battery cell 3 has run out of heat), the temperature related to the battery pack 1 is accurately predicted. Can do. For example, a temperature change such as how the temperature of a certain battery module 2 in the battery pack 1 changes with the passage of time since a certain battery cell 3 started to abnormally heat due to an internal short circuit, or a plurality of times at a certain time The temperature distribution of the battery module 2 can be predicted.

(2)上述の温度予測装置10及び温度予測方法では、予め取得した電池パック1内の複数の位置(測定点A〜N)の測定温度を空間補間してガス温度Taを算出するので、電池パック1内の温度を全て実測しなくても、固体内部モデル4の全ての固体内部境界セル41について、そのセル41に隣接する空気のガス温度Taを取得することができる。これにより、実測のための温度センサの個数を低減でき、コスト低減に繋がるとともに、実測の手間やメモリ12の容量を減らすことができる。   (2) In the temperature prediction apparatus 10 and the temperature prediction method described above, the gas temperature Ta is calculated by spatially interpolating the measurement temperatures at a plurality of positions (measurement points A to N) in the battery pack 1 acquired in advance. Even if all the temperatures in the pack 1 are not actually measured, the gas temperature Ta of the air adjacent to the cell 41 can be obtained for all the solid internal boundary cells 41 of the solid internal model 4. As a result, the number of temperature sensors for actual measurement can be reduced, leading to cost reduction, and the trouble of actual measurement and the capacity of the memory 12 can be reduced.

(3)上述の温度予測装置10及び温度予測方法では、電池パック1の周囲の空気との接触部分をモデル化して固体外部モデル5を作成し、固体外部モデル5の各セル50についても非定常解析により伝熱量qを算出し、これに基づいて温度を算出するので、電池パック1の外壁面の温度変化や温度分布も予測することができる。   (3) In the temperature prediction device 10 and the temperature prediction method described above, the solid external model 5 is created by modeling the contact portion with the air around the battery pack 1, and each cell 50 of the solid external model 5 is also unsteady. Since the heat transfer amount q is calculated by analysis and the temperature is calculated based on this, the temperature change and temperature distribution of the outer wall surface of the battery pack 1 can also be predicted.

(4)上述の温度予測装置10及び温度予測方法では、電池パック1の周囲の空気をモデル化した流体モデル6の各流体境界セル61については定常解析を行うので、計算時間及び計算負荷を大幅に短縮することができる。
(5)上述の温度予測装置10及び温度予測方法では、電池パック1の周囲の空気と接触する部分については、輻射入熱量Hiによる影響も考慮して温度を予測するので、電池パック1に関する温度の予測精度をさらに高めることができる。
(4) In the temperature prediction apparatus 10 and the temperature prediction method described above, steady analysis is performed for each fluid boundary cell 61 of the fluid model 6 in which the air around the battery pack 1 is modeled. Can be shortened.
(5) In the temperature prediction device 10 and the temperature prediction method described above, the temperature of the portion in contact with the air around the battery pack 1 is predicted in consideration of the influence of the radiation heat input Hi. Prediction accuracy can be further increased.

[5.その他]
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上記実施形態では、マップMp1,Mp2を作成するマップ作成工程において、流体温度Tf及び輻射入熱量Hiが、それぞれ外壁面温度Tweの一次関数として表現される場合を例示したが、補間関数は一次関数に限られず、二次関数や指数関数などの他の関数であってもよい。
[5. Others]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
In the above-described embodiment, the case where the fluid temperature Tf and the radiation heat input amount Hi are each expressed as a linear function of the outer wall surface temperature Twe in the map creation process for creating the maps Mp 1 and Mp 2 is exemplified. The function is not limited to a linear function, and may be another function such as a quadratic function or an exponential function.

また、上記実施形態においてモデル作成部17aにより作成された固体内部モデル4,固体外部モデル5及び流体モデル6は何れも一例であって、上記したものに限られない。例えば、固体内部モデル4が、電池パック1内の空気と接触する固体部分を複数のセルに分割してモデル化したものであってもよく、固体外部モデル5が、電池パック1外の空気と接触する固体部分(すなわち、電池パック1の外壁部)を複数のセルに分割してモデル化したものであってもよい。また、流体モデル6が、空気と電池パック1との接触部分における空気領域を複数のセルに分割してモデル化したものであってもよい。すなわち、固体内部モデル4,固体外部モデル5及び流体モデル6は何れも、少なくとも上記の固体内部境界セル41,固体外部境界セル50及び流体境界セル61をそれぞれ有していればよい。   Also, the solid internal model 4, the solid external model 5, and the fluid model 6 created by the model creation unit 17a in the above embodiment are merely examples, and are not limited to those described above. For example, the solid internal model 4 may be modeled by dividing a solid portion that contacts the air in the battery pack 1 into a plurality of cells, and the solid external model 5 The solid part (that is, the outer wall portion of the battery pack 1) in contact may be divided into a plurality of cells and modeled. Further, the fluid model 6 may be modeled by dividing the air region at the contact portion between the air and the battery pack 1 into a plurality of cells. That is, each of the solid internal model 4, the solid external model 5, and the fluid model 6 may have at least the solid internal boundary cell 41, the solid external boundary cell 50, and the fluid boundary cell 61, respectively.

また、電池モジュール2や電池セル3の温度変化や温度分布を予測するには、少なくとも固体内部モデル4を設定すればよい。この場合は、固体外部モデル5及び流体モデル6の作成を省略可能であり、マップ作成部17cも省略可能である。
上記実施形態では、固体内部境界セル41に隣接する空気のガス温度Taを、複数の位置の測定温度を空間補間して算出しているが、ガス温度Taの取得方法はこれに限られない。例えば、固体内部境界セル41に最も近い測定点での測定温度をそのままガス温度Taとして取得してもよい。この場合、計算負荷を軽減することができる。
Moreover, in order to predict the temperature change and temperature distribution of the battery module 2 or the battery cell 3, at least the solid internal model 4 may be set. In this case, the creation of the solid external model 5 and the fluid model 6 can be omitted, and the map creation unit 17c can also be omitted.
In the above embodiment, the gas temperature Ta of the air adjacent to the solid inner boundary cell 41 is calculated by spatially interpolating the measured temperatures at a plurality of positions, but the method for acquiring the gas temperature Ta is not limited to this. For example, the measurement temperature at the measurement point closest to the solid inner boundary cell 41 may be obtained as it is as the gas temperature Ta. In this case, the calculation load can be reduced.

また、固体外部モデル5の固体外部境界セル50に関して、対流伝熱量qceを計算するときに、マップ作成部17cで算出された複数の熱伝達係数h1〜hKの平均値を用いているが、熱伝達係数hは平均値に限られない。例えば、複数の熱伝達係数h1〜hKの最高値や最低値を用いてもよいし、あるいは複数の熱伝達係数h1〜hKの最高値及び最低値の中間値としてもよい。 Moreover, regarding the solid outer boundary cell 50 of the solid outer model 5, when calculating the convective heat transfer amount qce, the average value of the plurality of heat transfer coefficients h 1 to h K calculated by the map creating unit 17c is used. The heat transfer coefficient h is not limited to an average value. For example, one may use the maximum value and the minimum value of the plurality of heat transfer coefficient h 1 to h K, or may be an intermediate value of the maximum value and the minimum value of the plurality of heat transfer coefficient h 1 to h K.

上記実施形態では、非定常解析において、前回の演算周期で算出された外壁面温度Twe,壁面温度Twiを今回の演算周期で用いているが、今回の演算周期で用いる外壁面温度Twe,壁面温度Twiは前回の演算周期で算出されたものに限られない。例えば、2つ前の演算周期で算出された値を用いてもよいし、前回の演算周期と前々回の演算周期とで算出された値の平均値を用いてもよい。
なお、電池パック1が車両に搭載されるときに、伝熱に大きな影響を与えるアンダーカバーが設けられる場合は、固体外部モデル5にアンダーカバーを含めて熱伝導による伝熱量qtを計算することが好ましい。
In the above embodiment, in the unsteady analysis, the outer wall surface temperature Twe and wall surface temperature Twi calculated in the previous calculation cycle are used in the current calculation cycle. However, the outer wall temperature Twe and wall surface temperature used in the current calculation cycle are used. Twi is not limited to the one calculated in the previous calculation cycle. For example, a value calculated in the previous calculation cycle may be used, or an average value of values calculated in the previous calculation cycle and the previous calculation cycle may be used.
In addition, when the battery pack 1 is mounted on a vehicle and an under cover that greatly affects heat transfer is provided, the heat transfer amount qt by heat conduction can be calculated by including the under cover in the solid external model 5. preferable.

また、上記実施形態では、式12を用いて各固体内部境界セル41の対流伝熱量qciを算出している。この式12は、水平上向き加熱平板の自然対流熱伝達係数の計算式を利用したものであるが、さらに計算精度を高めるべく、固体内部境界セル41を水平上向き,水平下向き及び垂直の3つに分けて、それぞれ熱伝達係数を設定してもよい。
上記実施形態では、図3のステップS40の工程とステップS45の工程を、何れも温度算出工程として説明した。これら2つの工程は、何れも温度算出部17eによって行われるものであり、非定常解析により伝熱量を算出し、この伝熱量に基づいて温度を算出する工程である。また、何れの工程においても、非定常解析の初期値として初期温度Tsを用いる。2つの工程はこれらの点で共通するため、何れも温度算出工程として説明した。
In the above embodiment, the convection heat transfer amount qci of each solid inner boundary cell 41 is calculated using Equation 12. This formula 12 uses the formula for calculating the natural convection heat transfer coefficient of the horizontally upward heating flat plate. In order to further improve the calculation accuracy, the solid internal boundary cell 41 is divided into three, horizontal upward, horizontal downward and vertical. The heat transfer coefficients may be set separately.
In the above embodiment, the process of step S40 and the process of step S45 in FIG. 3 are both described as the temperature calculation process. These two steps are both performed by the temperature calculation unit 17e, and are steps for calculating the heat transfer amount by unsteady analysis and calculating the temperature based on the heat transfer amount. In any step, the initial temperature Ts is used as the initial value of the unsteady analysis. Since the two steps are common in these points, both have been described as the temperature calculation step.

なお、上記実施形態では、解析の想定状況として電池セル3の熱暴走時を例示して説明したが、解析の想定状況はこれに限られず、解析を行う状況に応じた実測データを予め取得しておくことで、様々なシチュエーションにおける電池パック1に関する温度を予測することができる。さらに本手法によれば、急激な温度変化や長時間に及ぶ非定常現象が生じる電池パック1であっても、計算時間を短縮しながら高精度に電池パック1に関する温度の変化や温度の分布を予測することができる。また、解析対象となる電池パック1は、車両の電力源として利用されるものや車両の床下に搭載されるものに限られず、例えば非常用電源設備や電子機器に内蔵される電池パックであってもよい。なお、電池パック1は、複数の電池セル3からなる電池モジュール2を内蔵するものに限られず、電池モジュールを構成しない複数の電池セル3を内蔵するものであってもよい。   In the above embodiment, the case where the battery cell 3 is in a thermal runaway state has been described as an example of the assumed state of analysis. However, the assumed state of analysis is not limited to this, and actual measurement data corresponding to the state of analysis is acquired in advance. Thus, the temperature related to the battery pack 1 in various situations can be predicted. Furthermore, according to this method, even in the case of the battery pack 1 in which a sudden temperature change or a long-term unsteady phenomenon occurs, the temperature change and temperature distribution related to the battery pack 1 can be accurately calculated while reducing the calculation time. Can be predicted. Further, the battery pack 1 to be analyzed is not limited to a battery pack used as a power source of a vehicle or mounted under the floor of the vehicle. For example, the battery pack 1 is a battery pack built in an emergency power supply facility or an electronic device. Also good. The battery pack 1 is not limited to a battery module 2 including a plurality of battery cells 3, and may include a plurality of battery cells 3 that do not constitute a battery module.

1 電池パック
2 電池モジュール
3 電池セル
4 固体内部モデル
5 固体外部モデル
6 流体モデル
9 実測データ
10 コンピュータ(温度予測装置)
17 コンピュータプログラム
17a モデル作成部
17b 条件設定部
17c マップ作成部
17d ガス温度取得部
17e 温度算出部
40 固体内部モデルのセル
41 固体内部境界セル
50 固体外部境界セル(固体外部モデルのセル)
60 流体モデルのセル
61 流体境界セル
Ta ガス温度
Twi 壁面温度
Twe 外壁面温度
Tf 流体温度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery pack 2 Battery module 3 Battery cell 4 Solid internal model 5 Solid external model 6 Fluid model 9 Actual measurement data 10 Computer (temperature prediction apparatus)
17 computer program 17a model creation unit 17b condition setting unit 17c map creation unit 17d gas temperature acquisition unit 17e temperature calculation unit 40 solid internal model cell 41 solid internal boundary cell 50 solid external boundary cell (solid external model cell)
60 Fluid Model Cell 61 Fluid Boundary Cell
Ta gas temperature
Twi Wall temperature
Twe outer wall temperature
Tf Fluid temperature

Claims (3)

熱流体解析ソフトウェアを用いて、複数の電池セルを内蔵した電池パックに関する温度を予測する装置であって、
前記電池パックの内部の空気と接触する固体部分を複数のセルに分割してモデル化した固体内部モデルを作成するモデル作成部と、
予め実測により取得した前記電池パックの内部の温度変化に関する実測データに基づいて、前記固体内部モデルの各セルに隣接する空気の温度をガス温度として取得するガス温度取得部と、
前記固体内部モデルの前記各セルについて、前記ガス温度取得部で取得した前記ガス温度を用いて非定常解析により伝熱量を算出し、前記伝熱量に基づいて温度を算出する温度算出部と、を備える
ことを特徴とする、電池パックに関する温度予測装置。
An apparatus for predicting a temperature related to a battery pack incorporating a plurality of battery cells using thermal fluid analysis software,
A model creation unit for creating a solid internal model that is obtained by dividing a solid part that contacts the air inside the battery pack into a plurality of cells;
A gas temperature acquisition unit that acquires, as a gas temperature, the temperature of the air adjacent to each cell of the solid internal model, based on actual measurement data related to a temperature change inside the battery pack acquired in advance by actual measurement;
For each cell of the solid internal model, a heat transfer amount is calculated by unsteady analysis using the gas temperature acquired by the gas temperature acquisition unit, and a temperature calculation unit that calculates a temperature based on the heat transfer amount; and A temperature prediction device for a battery pack, comprising:
前記ガス温度取得部は、予め実測した前記電池パック内における複数の位置の測定温度を空間補間して前記ガス温度を算出する
ことを特徴とする、請求項記載の電池パックに関する温度予測装置。
The gas temperature obtaining unit, and calculates the gas temperature measured temperature by spatial interpolation of a plurality of positions in advance actually measured the battery pack, the temperature predicting apparatus a battery pack according to claim 1, wherein.
前記モデル作成部は、前記電池パックの周囲の空気との接触部分を複数のセルに分割してモデル化した固体外部モデルと、前記周囲の空気の前記電池パックとの接触部分を複数のセルに分割してモデル化した流体モデルと、を作成し、
前記温度算出部は、前記固体外部モデルの各セルについて、該各セルに隣接する前記流体モデルのセルの流体温度を用いて非定常解析により伝熱量を算出し、前記伝熱量に基づいて温度を算出する
ことを特徴とする、請求項又は記載の電池パックに関する温度予測装置。
The model creation unit includes a solid external model that is modeled by dividing a contact portion of the battery pack with the surrounding air into a plurality of cells, and a contact portion of the surrounding air with the battery pack into a plurality of cells. Create a fluid model that is divided and modeled,
The temperature calculation unit calculates a heat transfer amount by unsteady analysis for each cell of the solid external model using a fluid temperature of a cell of the fluid model adjacent to each cell, and calculates a temperature based on the heat transfer amount. calculating characterized by a temperature predicting apparatus relates claim 1 or 2 battery pack according.
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