JP6610330B2 - Battery module temperature trend prediction method, prediction device, and prediction program - Google Patents

Battery module temperature trend prediction method, prediction device, and prediction program Download PDF

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Description

本発明は、電池パック内に配設された複数の電池モジュールの温度傾向を簡易的に予測する方法、装置及びプログラムに関する。   The present invention relates to a method, an apparatus, and a program for simply predicting temperature trends of a plurality of battery modules arranged in a battery pack.

従来、車両の設計開発段階において、数値流体力学(CFD;Computational Fluid Dynamics)解析ソフトウェアを用いて、電池パック内の流体(空気)の流れ場や温度場をコンピュータシミュレーションにより予測することが行われている。例えば特許文献1には、電池パック内の単電池(電池セル)の放熱性能の影響因子と、組電池(電池モジュール)に対する冷却風の流速と、単電池の発熱量とを計算し、これらの値から単電池の温度上昇量を求めることで、組電池の放熱性を評価する手法が開示されている。   Conventionally, in the vehicle design and development stage, fluid flow (air) and temperature fields in battery packs are predicted by computer simulation using computational fluid dynamics (CFD) analysis software. Yes. For example, Patent Document 1 calculates the influencing factors of the heat dissipation performance of the single battery (battery cell) in the battery pack, the flow rate of the cooling air for the assembled battery (battery module), and the calorific value of the single battery. A method for evaluating the heat dissipation of an assembled battery by obtaining the temperature rise amount of the unit cell from the value is disclosed.

特開2001−297801号公報JP 2001-297801 A

一般的に、車載の電池パックは、複数の電池セルからなる電池モジュールがケース内に複数配設されて構成されており、空冷式の電池パックであれば電池セル間や電池モジュール間には隙間が設けられる。また、電池パック内にはブロアからの冷風を電池セルに供給するダクトが配置される。このダクトが複数の配風口を持つ場合には、各配風口からの冷風が上記の隙間に向かって流れるように設計することで、電池セルの冷却の効率化を図ることが可能となる。電池セルの温度変化は、ダクト内を流れる冷風の全流量に対する、各配風口から流出する冷風の流量の割合(以下「配風率」と呼ぶ)の寄与率が高いことが知られている。そのため、従来は、ダクトの構成や形状を変えながら様々な配風率に対して3次元のCFD解析(3次元計算)を実施し、電池セルの温度をシミュレーションで予測して、適切な配風率を選別するという設計検討を行っていた。   In general, an in-vehicle battery pack is configured by arranging a plurality of battery modules including a plurality of battery cells in a case. If an air-cooled battery pack is used, there is a gap between battery cells or between battery modules. Is provided. A duct for supplying cold air from the blower to the battery cell is disposed in the battery pack. When this duct has a plurality of air distribution ports, it is possible to improve the efficiency of cooling the battery cells by designing the cool air from each air distribution port to flow toward the gap. It is known that the change in the temperature of the battery cell has a high contribution ratio of the flow rate of the cold air flowing out from each air outlet (hereinafter referred to as “air distribution rate”) to the total flow rate of the cold air flowing in the duct. Therefore, in the past, three-dimensional CFD analysis (three-dimensional calculation) was performed for various air distribution rates while changing the configuration and shape of the duct, and the temperature of the battery cell was predicted by simulation to obtain an appropriate air distribution. A design study was conducted to select the rate.

しかしながら、この検討方法では、ダクトの形状を少し変えた場合であっても、その都度電池パック内の詳細な構造をモデル化した3次元計算を実施するため、最終的な(適切な)ダクト形状が得られるまでの時間が長期化していた。また、限られた時間内で実施した3次元計算によって取得されたダクト形状が、適切な形状から離れていることが懸念されていた。つまり、計算時間の短縮と適切なダクト形状の取得とを両立させることが難しいという課題があった。この課題に対し、3次元計算を1次元化して計算負荷を低減するという方法が考えられる。しかし、この方法は、流れ場が大きく変化する状況下では伝熱経路が大きく変化するため、計算が破綻してしまうことが知られている。そのため、電池パック内の流れ場が大きく変化した場合であっても計算が可能な方法の提案が望まれている。   However, in this examination method, even if the shape of the duct is slightly changed, a final (appropriate) duct shape is performed in order to perform a three-dimensional calculation modeling the detailed structure in the battery pack each time. It took a long time to get In addition, there is a concern that the duct shape obtained by the three-dimensional calculation performed within a limited time is away from the appropriate shape. That is, there is a problem that it is difficult to achieve both reduction in calculation time and acquisition of an appropriate duct shape. In order to solve this problem, a method of reducing the calculation load by converting the three-dimensional calculation into one dimension can be considered. However, this method is known to break down the calculation because the heat transfer path changes greatly under a situation where the flow field changes greatly. Therefore, it is desired to propose a method capable of calculating even when the flow field in the battery pack changes greatly.

本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、適切なダクト形状が得られるまでの計算時間を短縮するとともに、電池パック内の流れ場が大きく変化した場合であっても温度傾向を予測できるようにした、電池モジュールの温度傾向予測方法,予測装置,予測プログラム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である。   This case has been devised in view of such a problem, and it shortens the calculation time until an appropriate duct shape is obtained, and also shows a temperature trend even when the flow field in the battery pack changes greatly. One object is to provide a battery module temperature trend prediction method, a prediction device, and a prediction program that can be predicted. The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiment for carrying out the invention described later, and has another function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. is there.

(1)ここで開示する電池モジュールの温度傾向予測方法は、複数の電池セルからなる電池モジュールがケース内に複数配設されるとともに、複数の配風口を持つ冷却用のダクトが前記ケース内に設けられた電池パックにおいて、前記電池モジュールの温度傾向を予測する処理をコンピュータに実行させる予測方法であって、前記ダクトの前記複数の配風口を全て開放した基準状態と前記複数の配風口を一つずつ順に塞いだ異なる複数の閉鎖状態とのそれぞれについて、CFD解析により前記複数の配風口からの各冷熱量と前記複数の電池セルの各セル温度とを算出する解析工程と、前記基準状態の前記各冷熱量に対する前記各閉鎖状態の前記各冷熱量の変化量を各冷熱差として算出するとともに、前記基準状態の前記各セル温度に対する前記各閉鎖状態の前記各セル温度の変化量を各セル温度差として算出する算出工程と、前記各閉鎖状態における、前記各冷熱差と前記各セル温度差との対応を関係付ける理論式を構築する構築工程と、前記理論式から求められる係数を用いて、前記ダクトと基本構成が同一な新形状ダクトの各冷熱量に対する前記電池モジュールの温度傾向を予測する予測工程と、を備えている。   (1) In the battery module temperature trend prediction method disclosed herein, a plurality of battery modules including a plurality of battery cells are disposed in the case, and a cooling duct having a plurality of air distribution ports is disposed in the case. In the provided battery pack, a prediction method for causing a computer to execute a process of predicting a temperature trend of the battery module, wherein the reference state in which all the plurality of air distribution ports of the duct are opened and the plurality of air distribution ports are integrated. For each of a plurality of different closed states closed one by one in sequence, an analysis step of calculating each cold heat amount from each of the plurality of air distribution ports and each cell temperature of the plurality of battery cells by CFD analysis; The amount of change in each cold heat amount in each closed state with respect to each cold heat amount is calculated as each cold heat difference, and before the cell temperature in the reference state with respect to each cell temperature A calculation step for calculating a change amount of each cell temperature in each closed state as each cell temperature difference and a theoretical formula relating the correspondence between each cold heat difference and each cell temperature difference in each closed state are constructed. A construction step and a prediction step of predicting a temperature trend of the battery module with respect to each cooling amount of a new shape duct having the same basic configuration as the duct, using a coefficient obtained from the theoretical formula.

(2)前記冷熱量として、前記ダクト内への流体の流入量に対する前記配風口からの前記流体の流出量の割合を示す配風率を用いることが好ましい。
(3)前記複数の電池セルが所定の対称面に対して面対称に配設されるとともに、前記複数の配風口が前記対称面に対して面対称になるように設けられている場合には、前記構築工程では、前記対称面に対して前記電池セルと同一側に位置する前記配風口の前記各冷熱差を前記理論式の構築に用いることが好ましい。
(2) It is preferable to use an air distribution rate indicating a ratio of an outflow amount of the fluid from the air distribution port to an inflow amount of the fluid into the duct as the cold heat amount.
(3) When the plurality of battery cells are disposed in plane symmetry with respect to a predetermined plane of symmetry, and the plurality of air distribution ports are provided in plane symmetry with respect to the plane of symmetry In the construction step, it is preferable to use the respective cooling / heating differences of the air distribution ports located on the same side as the battery cell with respect to the symmetry plane in the construction of the theoretical formula.

(4)前記算出工程では、前記対称面に対して前記電池セルと同一側に位置する前記配風口を塞いだ前記閉鎖状態毎における、前記同一側の前記各冷熱差と前記同一側の前記各セル温度差とを算出することが好ましい。
(5)前記予測工程では、前記新形状ダクトについて実施したCFD解析により取得された前記新形状ダクトの配風口毎の配風率に対する前記温度傾向を予測することが好ましい。
(6)前記予測工程では、所定の条件に基づいて設定された前記新形状ダクトの各目標配風率に対する前記温度傾向を予測することが好ましい。
(4) In the calculation step, for each closed state in which the air distribution port located on the same side as the battery cell with respect to the symmetry plane is closed, the cooling difference on the same side and the respective on the same side. It is preferable to calculate the cell temperature difference.
(5) In the prediction step, it is preferable to predict the temperature tendency with respect to the air distribution rate for each air distribution port of the new shape duct acquired by CFD analysis performed on the new shape duct.
(6) In the prediction step, it is preferable to predict the temperature tendency with respect to each target air distribution rate of the new shape duct set based on a predetermined condition.

(7)ここで開示する電池モジュールの温度傾向予測装置は、複数の電池セルからなる電池モジュールがケース内に複数配設されるとともに、複数の配風口を持つ冷却用のダクトが前記ケース内に設けられた電池パックにおいて、前記電池モジュールの温度傾向を予測する処理を実行する予測装置であって、前記ダクトの前記複数の配風口を全て開放した基準状態と前記複数の配風口を一つずつ順に塞いだ異なる複数の閉鎖状態とのそれぞれについて、CFD解析により前記複数の配風口からの各冷熱量と前記複数の電池セルの各セル温度とを算出する解析部と、前記基準状態の前記各冷熱量に対する前記各閉鎖状態の前記各冷熱量の変化量を各冷熱差として算出するとともに、前記基準状態の前記各セル温度に対する前記各閉鎖状態の前記各セル温度の変化量を各セル温度差として算出する算出部と、前記各閉鎖状態における、前記各冷熱差と前記各セル温度差との対応を関係付ける理論式を構築する構築部と、前記理論式から求められる係数を用いて、前記ダクトと基本構成が同一な新形状ダクトの各冷熱量に対する前記電池モジュールの温度傾向を予測する予測部と、を備えている。   (7) In the battery module temperature trend prediction apparatus disclosed herein, a plurality of battery modules including a plurality of battery cells are disposed in the case, and a cooling duct having a plurality of air distribution ports is disposed in the case. In the provided battery pack, a prediction device that performs a process of predicting a temperature trend of the battery module, wherein the reference state in which the plurality of air distribution ports of the duct are all opened and the plurality of air distribution ports one by one For each of a plurality of different closed states blocked in order, an analysis unit for calculating each cold heat amount from each of the plurality of air distribution ports and each cell temperature of the plurality of battery cells by CFD analysis, and each of the reference states The amount of change in the amount of each cold in the closed state relative to the amount of heat is calculated as a difference in each heat, and the amount of change in the closed state relative to the cell temperature in the reference state A calculation unit that calculates a change amount of the cell temperature as each cell temperature difference, a construction unit that constructs a theoretical formula that correlates the correspondence between each cold temperature difference and each cell temperature difference in each closed state, and the theory A predicting unit that predicts a temperature trend of the battery module with respect to each cooling amount of a new-shaped duct having the same basic configuration as the duct, using a coefficient obtained from an equation.

(8)ここで開示する電池モジュールの温度傾向予測プログラムは、複数の電池セルからなる電池モジュールがケース内に複数配設されるとともに、複数の配風口を持つ冷却用のダクトが前記ケース内に設けられた電池パックにおいて、前記電池モジュールの温度傾向を予測する処理を実行する予測プログラムであって、前記ダクトの前記複数の配風口を全て開放した基準状態と前記複数の配風口を一つずつ順に塞いだ異なる複数の閉鎖状態とのそれぞれについて、CFD解析により前記複数の配風口からの各冷熱量と前記複数の電池セルの各セル温度とを算出する解析工程と、前記基準状態の前記各冷熱量に対する前記各閉鎖状態の前記各冷熱量の変化量を各冷熱差として算出するとともに、前記基準状態の前記各セル温度に対する前記各閉鎖状態の前記各セル温度の変化量を各セル温度差として算出する算出工程と、前記各閉鎖状態における、前記各冷熱差と前記各セル温度差との対応を関係付ける理論式を構築する構築工程と、前記理論式から求められる係数を用いて、前記ダクトと基本構成が同一な新形状ダクトの各冷熱量に対する前記電池モジュールの温度傾向を予測する予測工程と、をコンピュータに実行させる。   (8) According to the battery module temperature trend prediction program disclosed herein, a plurality of battery modules including a plurality of battery cells are disposed in the case, and a cooling duct having a plurality of air distribution ports is disposed in the case. In the provided battery pack, a prediction program for executing a process for predicting a temperature trend of the battery module, wherein the reference state in which the plurality of air distribution ports of the duct are all opened and the plurality of air distribution ports one by one For each of a plurality of different closed states blocked in order, an analysis step of calculating each cold heat amount from each of the plurality of air distribution ports and each cell temperature of the plurality of battery cells by CFD analysis, and each of the reference states While calculating the amount of change of each cold quantity of each closed state with respect to the quantity of cold as each cold difference, each of the cell temperature of the reference state Construction that builds a theoretical formula that relates the correspondence between each cooling temperature difference and each cell temperature difference in each closed state, and a calculation step that calculates the amount of change in each cell temperature in the chain state as each cell temperature difference The computer is caused to execute a process and a predicting process of predicting a temperature trend of the battery module with respect to each cooling amount of a new shape duct having the same basic configuration as the duct, using a coefficient obtained from the theoretical formula.

理論式の構築に用いたダクトと基本構成が同一な新形状ダクトについては、CFD解析をすることなく温度傾向を予測することができるため、電池モジュールの温度傾向を算出する時間(計算時間)を大幅に短縮することができる。すなわち、モジュール単位で温度傾向を簡易的かつ高速に把握することができるため、適切なダクト形状を設計,取得できるまでの時間(設計時間)の短縮を実現でき、計算コスト及び設計コストを低減することができる。   For the new shape duct that has the same basic configuration as the duct used to construct the theoretical formula, the temperature trend can be predicted without performing CFD analysis. It can be greatly shortened. In other words, it is possible to easily and quickly grasp the temperature trend for each module, so that it is possible to shorten the time (design time) until an appropriate duct shape can be designed and acquired, thereby reducing calculation cost and design cost. be able to.

また、理論式の構築において、複数の配風口を一つずつ順に塞いで電池パック内の流れ場をあえて激変させた状態を複数パターン作成し、各冷熱量と各セル温度とを計算するため、電池パック内の流れ場の変化を最大限に取り込んだ理論式を構築することができる。これにより、電池パック内の流れ場が大きく変化する場合であっても、新形状ダクトの各冷熱量に対する温度傾向を予測することができる。   Also, in the construction of the theoretical formula, in order to calculate each cold heat amount and each cell temperature by creating a plurality of patterns in which the flow field in the battery pack is intentionally changed by closing a plurality of air distribution ports one by one in order, It is possible to construct a theoretical formula that captures the maximum change in the flow field in the battery pack. Thereby, even if it is a case where the flow field in a battery pack changes a lot, the temperature tendency with respect to each cold energy of a new shape duct can be predicted.

電池パックの模式的な全体構成図である。It is a typical whole block diagram of a battery pack. (a)は図1のブロアをモデル化した上面図であり、(b)は図1の電池モジュールをモデル化した上面図である。(A) is the top view which modeled the blower of FIG. 1, (b) is the top view which modeled the battery module of FIG. 電池モジュールの温度傾向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 trend prediction device of a battery module. 電池モジュールの温度傾向予測方法の手順を例示するフローチャートである。It is a flowchart which illustrates the procedure of the temperature tendency prediction method of a battery module.

図面を参照して、実施形態としての電池モジュールの温度傾向予測方法,予測装置及び予測プログラムについて説明する。以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各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。本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。また、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できる。   With reference to the drawings, a battery module temperature trend prediction method, a prediction device, and a prediction program will be described. Each embodiment shown below is only an example, and there is no intention of excluding various modifications and application of technology that are not clearly shown in each of the following embodiments. Each configuration of the present embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof. Further, they can be selected as necessary, or can be appropriately combined.

[1.概要]
本実施形態に係る電池モジュールの温度傾向予測方法,予測装置,予測プログラムは、ケース内に複数の電池モジュールが配設されるとともに、複数の配風口を持つ冷却用のダクトが設けられた電池パックにおいて、複数の電池モジュールの温度傾向を予測するものである。ここでいう「温度傾向」とは、基準となる流れ場における電池モジュールの温度(以下「モジュール温度」という)に対してどの程度上昇又は低下するのかという、モジュール温度の変化方向及び変化量を意味する。
[1. Overview]
The battery module temperature trend prediction method, prediction apparatus, and prediction program according to this embodiment include a battery pack in which a plurality of battery modules are disposed in a case and a cooling duct having a plurality of air distribution ports is provided. 1 predicts temperature trends of a plurality of battery modules. “Temperature trend” here refers to the direction and amount of change in module temperature, how much it rises or falls with respect to the temperature of the battery module in the reference flow field (hereinafter referred to as “module temperature”). To do.

電池モジュールは、複数の電池セルが直列接続されてモジュール化されたものである。電池セルの温度(以下「セル温度」という)は、電池セル自体の発熱量と電池セルを冷却するための熱量(以下「冷熱量」という)との影響によって変化する。そのため、電池セルの発熱量を一定として考えると、セル温度は各配風口から受ける冷熱量によって変化することになる。この冷熱量は、ダクトの各配風口から流出する冷風の流量(以下「配風量」という)、あるいは、ダクト内への冷風の流入量(ダクト内の全流量)に対する各配風量の割合(以下「配風率」という)と正の相関を持ち、配風量又は配風率と置き換えることができる。本実施形態では、冷熱量として配風率を用いる。各配風口の配風率は、ダクトの構成及び形状によって決定し、電池セルの冷却性を決定する大きな要因となる。   The battery module is a module in which a plurality of battery cells are connected in series. The temperature of the battery cell (hereinafter referred to as “cell temperature”) varies depending on the influence of the calorific value of the battery cell itself and the amount of heat for cooling the battery cell (hereinafter referred to as “cold heat amount”). Therefore, when the heat generation amount of the battery cell is considered to be constant, the cell temperature changes depending on the amount of cold received from each air outlet. This amount of cold heat is the flow rate of cold air flowing out from each air outlet of the duct (hereinafter referred to as “air flow rate”) or the ratio of each air flow rate to the amount of cold air flowing into the duct (total flow rate in the duct) (hereinafter referred to as “air flow rate”). It has a positive correlation with the “air distribution rate” and can be replaced with the air distribution amount or the air distribution rate. In the present embodiment, the air distribution rate is used as the amount of cold heat. The air distribution rate of each air distribution port is determined by the configuration and shape of the duct, and is a major factor in determining the cooling performance of the battery cell.

従来は、ダクトの構成や形状を変えるたびに、その配風率に対して3次元のCFD解析(3次元計算)を実施し、セル温度を予測することで各配風口の配風率を適切な値に設定するという設計検討を行っていた。しかしながら、この方法では、ダクトの基本的な構成(例えば、ダクト全体の大きさや配風口の個数及び位置)が同じであっても、その形状を少しでも変えた場合には配風率が変わるため、その都度3次元計算を実施しており、相当な計算時間が必要なうえ、その分計算コストも増大してしまっていた。   Conventionally, each time the duct configuration or shape is changed, a three-dimensional CFD analysis (three-dimensional calculation) is performed on the air distribution rate, and the cell distribution temperature is predicted to appropriately adjust the air distribution rate of each air distribution port. The design study of setting to a proper value was underway. However, in this method, even if the basic structure of the duct (for example, the size of the entire duct and the number and position of the air distribution ports) is the same, the air distribution rate changes if the shape is changed a little. Each time, three-dimensional calculation is performed, which requires considerable calculation time, and the calculation cost has increased accordingly.

そのため、本実施形態の予測方法では、まずはモジュール単位で温度傾向を簡易的かつ高速に計算し、適切なダクト形状(各配風率)を設計,取得できるまでの時間(設計時間)の短縮を図る。具体的には、ダクトの基本的な構成(基本構成)を変えずにダクト形状を設計変更した場合には、新形状ダクトの各配風率に対する各セル温度を、3次元のCFD解析を実施することなく計算することで、その各配風率における電池モジュールの温度傾向を予測する。そして、予測した温度傾向に基づいて、全てのモジュール温度が所定の温度範囲内に収まり(全モジュール温度の温度差が小さくなり)、かつ、モジュール温度が高温になり過ぎないような各配風率を求める。   For this reason, in the prediction method of this embodiment, first, the temperature trend is calculated simply and at high speed for each module, and the time (design time) until an appropriate duct shape (each air distribution rate) can be designed and acquired can be shortened. Plan. Specifically, when the duct shape is changed without changing the basic structure (basic structure) of the duct, three-dimensional CFD analysis is performed for each cell temperature for each air distribution rate of the new shape duct. By calculating without doing, the temperature tendency of the battery module at each air distribution rate is predicted. Then, based on the predicted temperature trend, each air distribution rate within which all module temperatures fall within a predetermined temperature range (the temperature difference between all module temperatures becomes small) and the module temperature does not become too high. Ask for.

なお、ここでいう「ダクトの基本構成」とは、ダクト全体の大きさ(幅,長さ,高さの各寸法)と、ダクトが持つ取入口及び配風口の各個数とこれらの位置とを意味する。すなわち、ダクトの基本構成を変えることは、全く別物のダクトに変更することを意味する。一方、「新形状ダクト」とは、ダクトの基本構成を維持しつつ、配風口の形状や大きさ、配風口が設けられる面の角度(配風口の向き)を変更したダクトを意味する。つまり、ダクト形状を設計変更することは、ダクトの細部の構成を変更することを意味する。なお、ダクト形状を設計変更した場合にも、各配風口の配風率は変化する。   The “basic structure of the duct” here refers to the size of the entire duct (width, length, height), the number of intakes and air distribution ports of the duct, and their positions. means. That is, changing the basic configuration of the duct means changing to a completely different duct. On the other hand, the “new shape duct” means a duct in which the shape and size of the air distribution port and the angle of the surface where the air distribution port is provided (direction of the air distribution port) are changed while maintaining the basic configuration of the duct. That is, changing the design of the duct shape means changing the detailed configuration of the duct. Even when the duct shape is changed in design, the air distribution rate of each air distribution port changes.

本予測方法では、ダクトの基本構成を決めたのち、このダクトの各配風率から各セル温度を予測する理論式を構築する。そして、このダクトと基本構成が同一な新形状のダクトについては、理論式を用いて温度傾向を予測する。これにより、上述した従来の設計検討方法と比べて、ダクト形状を設計変更した場合の3次元計算を省略することができるため、モジュール温度の傾向を高速で計算することが可能となる。また、本予測方法では、電池パック内の流れ場が大きく変化した場合であっても計算が可能な理論式を構築する。   In this prediction method, after determining the basic configuration of the duct, a theoretical formula for predicting each cell temperature from each air distribution rate of this duct is constructed. And about the duct of new shape whose basic composition is the same as this duct, a temperature tendency is predicted using a theoretical formula. Thereby, compared with the conventional design examination method described above, the three-dimensional calculation when the duct shape is changed can be omitted, so that the module temperature tendency can be calculated at high speed. In addition, in this prediction method, a theoretical formula that can be calculated even when the flow field in the battery pack changes greatly is constructed.

上記の理論式の構築について説明する。ダクト形状を設計変更すると、ダクト内の流れ場が変化する。また、ダクト内の流れ場が変化すれば、各配風口から排出される冷風の流量(すなわち各配風率)が変化するため、セル温度の変化の仕方が変わる。そこで、ダクト内の流れ場を複数パターンに変化させて、各流れ場における各配風口の配風率と各セル温度との対応付けを行うことで、理論式を構築する。   The construction of the above theoretical formula will be described. When the duct shape is changed, the flow field in the duct changes. Further, if the flow field in the duct changes, the flow rate of the cold air discharged from each air distribution port (that is, each air distribution rate) changes, so that the way of changing the cell temperature changes. Therefore, the theoretical formula is constructed by changing the flow field in the duct into a plurality of patterns and associating the air distribution rate of each air distribution port with each cell temperature in each flow field.

このとき、電池パック内の流れ場の変化を最大限に取り込んだ理論式にするために、ダクト内の流れ場をあえて激変させる。具体的には、全ての配風口を開放した基準状態を作り出すとともに、複数の配風口を一つずつ順に塞いだ異なる複数の閉鎖状態を作り出す。例えば、ダクトの配風口の個数が六つの場合には、七パターンの流れ場(モデル)が作成されることになる。そして、各流れ場について3次元のCFD解析を実施して、各配風口の配風率と各セル温度とを算出する。つまり、本予測方法では、理論式の構築段階においては3次元計算を行うが、理論式を構築したのちは3次元計算を行う必要がない。   At this time, the flow field in the duct is deliberately changed drastically in order to obtain a theoretical formula that maximizes the change in the flow field in the battery pack. Specifically, a reference state in which all the air distribution openings are opened is created, and a plurality of different closed states in which the plurality of air distribution openings are closed one by one are created. For example, if the number of ducts is six, seven patterns of flow fields (models) are created. Then, a three-dimensional CFD analysis is performed on each flow field, and the air distribution rate and each cell temperature of each air distribution port are calculated. That is, in this prediction method, three-dimensional calculation is performed at the stage of constructing the theoretical formula, but it is not necessary to perform three-dimensional calculation after constructing the theoretical formula.

ここで、各電池セルの発熱量はダクト形状を設計変更しても変化しない。そのため、電池パック内の「熱源」に着目すると、ダクト形状の設計変更により変化するのは、ダクトにより配分される冷風の影響(冷熱量)のみである。すなわち、電池セルにとっては、ダクト形状(各配風率)の設計変更によって冷熱の入り具合のみが変化する。そこで、電池セルの発熱量を除外して冷熱の影響のみに着目するために、複数の閉鎖状態において、基準状態の各配風率及び各セル温度からの変化量をそれぞれ算出する。そして、これらの変化量(配風率の変化量,セル温度の変化量)の対応付けを行うことで、冷熱の変化に関する重ね合わせの式(理論式)を構築する。   Here, the calorific value of each battery cell does not change even if the design of the duct shape is changed. Therefore, when paying attention to the “heat source” in the battery pack, only the influence (cold heat amount) of the cold air distributed by the duct changes due to the design change of the duct shape. That is, for the battery cell, only the degree of cold input changes due to the design change of the duct shape (each air distribution rate). Therefore, in order to exclude only the amount of heat generated by the battery cells and focus only on the influence of cooling, the amount of change from each air distribution rate and each cell temperature in the reference state is calculated in a plurality of closed states. Then, by associating these change amounts (the change rate of the air distribution rate, the change amount of the cell temperature), a superposition equation (theoretical equation) relating to the change of the cooling energy is constructed.

本予測方法では、電池モジュールの温度傾向を予測する本計算の前に、上記の理論式を構築するための前計算を実施する。すなわち、前計算では、電池パックについて上記の基準状態及び複数の閉鎖状態のモデルをそれぞれ作成し、3次元のCFD解析を実施して、各状態における各配風口の配風率及び各セル温度を算出する。そして、複数の閉鎖状態について、基準状態からの各配風率の変化量(冷熱差、以下「配風率差」という)と各セル温度の変化量(以下「セル温度差」という)とを算出して、これらの対応を関係付ける理論式を構築する。   In this prediction method, a pre-calculation for constructing the above theoretical formula is performed before the main calculation for predicting the temperature trend of the battery module. That is, in the pre-calculation, the above-mentioned reference state and a plurality of closed state models are created for the battery pack, a three-dimensional CFD analysis is performed, and the air distribution rate and the cell temperature of each air distribution port in each state are calculated. calculate. For a plurality of closed states, the change amount of each air distribution rate from the reference state (cooling difference, hereinafter referred to as “air distribution rate difference”) and the change amount of each cell temperature (hereinafter referred to as “cell temperature difference”) Calculate and build a theoretical formula that correlates these correspondences.

一方、本計算では、上記の理論式を使って、理論式を構築したダクトと基本構成が同一な新形状ダクトの配風率に対する各セル温度を算出し、これにより電池モジュールの温度傾向を予測する。なお、新形状ダクトの各配風率は、例えばダクトの形状を設計変更した場合の各配風率を、ダクト単体のCFD解析により計算して取得してもよいし、実際に測定して取得してもよい。あるいは、所定の条件から目標とする各配風率を決定し、その各目標配風率を新形状ダクトの各配風率としてもよい。したがって、上述したように、理論式を構築したのちは(本計算では)3次元のCFD解析は実施しないため、モジュール温度の傾向を高速で予測でき、計算コスト及び設計コストを低減することができる。   On the other hand, in this calculation, using the above theoretical formula, the temperature of each cell is calculated with respect to the air distribution rate of the duct with the same basic configuration as the duct that constructed the theoretical formula. To do. In addition, each air distribution rate of the new shape duct may be acquired by, for example, calculating each air distribution rate when the shape of the duct is changed by CFD analysis of the duct alone or by actually measuring it. May be. Alternatively, each target air distribution rate may be determined from a predetermined condition, and each target air distribution rate may be set as each air distribution rate of the new duct. Therefore, as described above, since the three-dimensional CFD analysis is not performed (in this calculation) after constructing the theoretical formula, the trend of the module temperature can be predicted at high speed, and the calculation cost and the design cost can be reduced. .

[2.解析モデル]
本実施形態では、車両に搭載されて動力源として用いられる空冷式の電池パックを例に挙げ、電池パック内の電池モジュールの温度傾向を予測する。まず、予測対象(解析対象)である電池パック1の構成について説明する。図1は、電池パック1の模式的な全体構成図である。図1では、電池パック1のケース6を二点鎖線で示し、制御ユニットや配線等の電気系統,電池モジュール2の固定構造などの図示は省略している。図2(a)は図1の電池パック1内のブロア5をモデル化した上面図であり、図2(b)は図1の電池パック1内の電池モジュール2をモデル化した上面図である。
[2. Analysis model]
In this embodiment, an air-cooled battery pack that is mounted on a vehicle and used as a power source is taken as an example, and the temperature trend of the battery module in the battery pack is predicted. First, the configuration of the battery pack 1 that is a prediction target (analysis target) will be described. FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of the battery pack 1. In FIG. 1, the case 6 of the battery pack 1 is indicated by a two-dot chain line, and an electric system such as a control unit and wiring, and a fixing structure of the battery module 2 are not shown. 2A is a top view modeling the blower 5 in the battery pack 1 of FIG. 1, and FIG. 2B is a top view modeling the battery module 2 in the battery pack 1 of FIG. .

図1に示すように、電池パック1は、ケース6内に配設された複数の電池モジュール2と、同じくケース6内に設けられた冷却装置とを備える。複数の電池モジュール2は、互いに隙間7をあけて電池パック1の長手方向に並設される。各電池モジュール2は、図2(b)に示すように、複数の電池セル3が直列接続されてモジュール化されたものである。なお、隣接する電池セル3の間にも隙間(図示略)が設けられる。本実施形態の電池パック1は、複数の電池セル3が電池パック1の長手方向かつ上下方向に延在する対称面に対して面対称に配設されている。なお、本実施形態では、八つの電池セル3からなる電池モジュール2が五つ設けられている電池パック1を例示するが、電池セル3及び電池モジュール2の個数はこれらに限られない。   As shown in FIG. 1, the battery pack 1 includes a plurality of battery modules 2 disposed in a case 6 and a cooling device similarly provided in the case 6. The plurality of battery modules 2 are juxtaposed in the longitudinal direction of the battery pack 1 with a gap 7 therebetween. As shown in FIG. 2B, each battery module 2 is a module in which a plurality of battery cells 3 are connected in series. A gap (not shown) is also provided between adjacent battery cells 3. In the battery pack 1 of the present embodiment, a plurality of battery cells 3 are arranged in plane symmetry with respect to a symmetry plane extending in the longitudinal direction and the vertical direction of the battery pack 1. In addition, in this embodiment, although the battery pack 1 provided with the five battery modules 2 which consist of the eight battery cells 3 is illustrated, the number of the battery cells 3 and the battery modules 2 is not restricted to these.

本実施形態の電池パック1は密閉式であり、ケース6内に設けられた冷却装置によって電池セル3が冷却される。図1に示すように、冷却装置は、電池モジュール2の上方に配置されたダクト4と、ダクト4の一端に接続されたブロア5と、ケース6内の空気を冷やす冷房システム(図示略)とを備える。ダクト4は、ブロア5に接続された取入口(図示略)と、ブロア5で送られた冷風(空気)を排出する複数の配風口とを有する。本実施形態のダクト4は、図1及び図2(a)に示すように、ブロア5とは逆側の端面(ダクト4の他端)に設けられた二つの配風口4Eと、下面(電池モジュール2側の面)に設けられた四つの配風口4Bの合計六つの配風口を有する。本実施形態では、これら配風口4B,4Eが上記の対称面に対して面対称になるように設けられている。   The battery pack 1 of the present embodiment is a hermetic type, and the battery cell 3 is cooled by a cooling device provided in the case 6. As shown in FIG. 1, the cooling device includes a duct 4 disposed above the battery module 2, a blower 5 connected to one end of the duct 4, and a cooling system (not shown) that cools the air in the case 6. Is provided. The duct 4 has an intake port (not shown) connected to the blower 5 and a plurality of air distribution ports for discharging cool air (air) sent by the blower 5. As shown in FIGS. 1 and 2A, the duct 4 of the present embodiment includes two air distribution ports 4E provided on an end surface opposite to the blower 5 (the other end of the duct 4), and a lower surface (battery). There are a total of six air distribution openings of four air distribution openings 4B provided on the surface on the module 2 side. In the present embodiment, the air distribution ports 4B and 4E are provided so as to be plane-symmetric with respect to the above-described symmetry plane.

端面の配風口4Eは、取入口の直線上に位置し、ダクト4内の冷風をケース6の側面61に向けて排出する開口である。この配風口4Eから流出した冷風は、側面61に当たったのち四方へ分散し、ブロア5側に向かって流れていく。一方、下面の配風口4Bは、電池モジュール2間の隙間7の略上方に位置し、ダクト4内の冷風を隙間7に向けて排出する開口である。この配風口4Bから流出した冷風は、隙間7を流れてケース6の底面に当たったのち、側面61に当たってUターンしてきた流れと合流してブロア5側に向かって流れていく。各配風口4B,4Eから流出した冷風は、電池セル3を冷却したのち、冷房システムにおいて冷やされ、再びブロア5に吸収される。このように、電池パック1内には、空気の流れ(循環)が形成される。   The end surface air distribution port 4 </ b> E is an opening that is positioned on the straight line of the intake port and discharges the cool air in the duct 4 toward the side surface 61 of the case 6. The cool air that has flowed out of the air distribution port 4E hits the side surface 61, and then is dispersed in all directions and flows toward the blower 5 side. On the other hand, the air distribution port 4 </ b> B on the lower surface is an opening that is positioned substantially above the gap 7 between the battery modules 2 and discharges the cool air in the duct 4 toward the gap 7. The cool air that has flowed out of the air distribution port 4B flows through the gap 7 and hits the bottom surface of the case 6, and then flows into the blower 5 side by joining the flow that has made a U-turn by hitting the side surface 61. The cool air flowing out from the air distribution ports 4B and 4E cools the battery cell 3 and is then cooled in the cooling system and is absorbed by the blower 5 again. Thus, an air flow (circulation) is formed in the battery pack 1.

3次元のCFD解析を実施する前計算では、理論式を構築するために、解析対象となる電池パック1の形状を再現した解析モデル(CADモデル)が作成される。本実施形態では、全ての配風口4B,4Eを開放した基準状態の解析モデル(以下「基準モデル」ともいう)と、配風口4B,4Eを一つずつ順に塞いだ異なる六つの閉鎖状態の解析モデル(以下「閉鎖モデル」ともいう)とが作成される。   In the pre-calculation before the three-dimensional CFD analysis is performed, an analysis model (CAD model) that reproduces the shape of the battery pack 1 to be analyzed is created in order to construct a theoretical formula. In the present embodiment, an analysis model of a reference state (hereinafter also referred to as “reference model”) in which all the air distribution openings 4B and 4E are opened, and an analysis of six different closed states in which the air distribution openings 4B and 4E are sequentially closed one by one. A model (hereinafter also referred to as “closed model”) is created.

次いで、解析モデル毎に、モデル化された物体(ダクト4,電池セル3等)の形状及びケース6の内部空間(空気)のメッシュ(計算格子,セル)が作成され、物体の形状及び内部空間が離散化される。メッシュの形状,大きさ,個数(分割数),分割位置等は、コンピュータの解析処理能力や所望の解析精度などに応じて適宜設定される。複数のメッシュのそれぞれには様々な数値データが設定される。例えば、物体の形状に対応するメッシュには、メッシュの大きさや形状等を規定するためのパラメータが設定される。また、内部空間に対応するメッシュには、メッシュの大きさや形状等を規定するパラメータに加えて、空気の流れる速度や方向が設定される。そして、解析モデル毎にCFD解析が実施されて、各配風口の配風率,各セル温度等が算出される。   Next, for each analysis model, a modeled object (duct, battery cell 3, etc.) shape and a mesh (computation grid, cell) of the internal space (air) of the case 6 are created. Is discretized. The shape, size, number (number of divisions), division position, and the like of the mesh are appropriately set according to the analysis processing capability of the computer, desired analysis accuracy, and the like. Various numerical data are set for each of the plurality of meshes. For example, for the mesh corresponding to the shape of the object, parameters for defining the size and shape of the mesh are set. In addition to the parameters defining the size and shape of the mesh, the speed and direction of air flow are set for the mesh corresponding to the internal space. Then, CFD analysis is performed for each analysis model, and the air distribution rate of each air distribution port, each cell temperature, and the like are calculated.

[3.装置構成]
本実施形態の予測装置は、温度傾向予測用のコンピュータプログラム17(予測プログラム)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3は、コンピュータ10を用いて予測装置を構成する場合の概略構成図である。
[3. Device configuration]
The prediction device of this embodiment is realized by a general-purpose computer capable of executing a computer program 17 (prediction program) for temperature trend prediction. FIG. 3 is a schematic configuration diagram in the case where the prediction apparatus is configured using the computer 10.

図3に示すように、コンピュータ10(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,フラッシュメモリ,リーダライター等〕,入力装置14(キーボード,マウス等),出力装置15(ディスプレイ,プリンター装置等)及び通信装置16(無線または有線の送受信装置)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18(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。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. 3, the computer 10 (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, flash memory, reader / writer, etc.], input device 14 (keyboard, mouse, etc.), output device 15 (display, printer device, etc.) and communication device 16 (wireless or wired) Transmission / reception device). These are connected to be communicable with each other via a bus 18 (control bus, data bus, etc.) provided in the computer 10. The computer program 17 is installed in the external storage device 13.

なお、光学ドライブ,フラッシュメモリ,リーダライター等で読み取り可能な記録媒体19にコンピュータプログラム17を記録しておいてもよい。あるいは、コンピュータ10が接続可能なネットワーク上のオンラインストレージにコンピュータプログラム17を記録しておいてもよい。いずれにしても、コンピュータプログラム17をコンピュータ10のHDD,SSD等にダウンロードすることで、あるいはCPU11,メモリ12に読み込むことで実行可能となる。   The computer program 17 may be recorded in a recording medium 19 that can be read by an optical drive, a flash memory, a reader / writer, or the like. Alternatively, the computer program 17 may be recorded in an online storage on a network to which the computer 10 can be connected. In any case, it can be executed by downloading the computer program 17 to the HDD, SSD or the like of the computer 10 or by reading it into the CPU 11 or the memory 12.

本実施形態の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やダクト4の構成,形状は、例えば汎用の3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、温度傾向の予測に必要なデータは、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 of this embodiment reads a program installed in the external storage device 13 on the memory 12 and executes it, and outputs a calculation result to the output device 15. The configuration and shape of the battery pack 1 and the duct 4 serving as an analysis model can be input, for example, by diverting data created by general-purpose three-dimensional CAD (Computer Aided Design) software to the computer program 17 or from the input device 14 Set by Data necessary for predicting the temperature trend is set based on an input from the input device 14 or as a value given in advance.

温度傾向の予測に必要なデータには、電池パック1(電池モジュール2,電池セル3,ダクト4等)の形状データ,ブロア5からダクト4に送られる冷風の全流量,その冷風の温度等が含まれる。形状データには、電池セル3の個数やダクト4の配風口4B,4Eの個数等が含まれる。本実施形態では、図2(a)に示すように、六つの配風口4B,4Eについて、それぞれ番号k=1〜6を割り当てる。この番号kは、配風口4B,4Eの位置を表すものであり、例えばk=1は端面の配風口4Eの一方(図中上方)を表す。なお、この配風口4E(k=1)を「1番目の配風口41」ともいい、k番目の配風口を符号4kと表す。また、配風口4kの配風率をmkと表記する。 The data necessary for predicting the temperature trend includes the shape data of the battery pack 1 (battery module 2, battery cell 3, duct 4 etc.), the total flow rate of the cool air sent from the blower 5 to the duct 4, the temperature of the cool air, etc. included. The shape data includes the number of battery cells 3, the number of air distribution ports 4B and 4E of the duct 4, and the like. In this embodiment, as shown in FIG. 2A, numbers k = 1 to 6 are assigned to the six air distribution ports 4B and 4E, respectively. This number k represents the position of the air distribution ports 4B and 4E. For example, k = 1 represents one of the air distribution ports 4E on the end face (upper side in the figure). This air distribution port 4E (k = 1) is also referred to as “first air distribution port 41”, and the kth air distribution port is represented by reference numeral 4k. Further, the air distribution rate of the air distribution port 4k is expressed as m k .

また、図2(b)に示すように、複数の電池セル3については、電池パック1の短手方向に番号i=1〜8を割り当てるとともに長手方向に番号j=1〜5を割り当てる。この番号i,jは、電池セル3の位置を表すものであり、例えばi=1,j=1は図中の左上の角に位置する電池セル3を表す。また、番号i,jで示す位置の電池セル3の温度をセル温度Tijと表記する。例えば、左上の角に位置する電池セル3(i=1,j=1)のセル温度はT11である。
なお、本実施形態では、ブロア5からの流入量及び冷風の温度をいずれも一定値として予め設定される。
Further, as shown in FIG. 2 (b), for the plurality of battery cells 3, numbers i = 1 to 8 are assigned in the short direction of the battery pack 1 and numbers j = 1 to 5 are assigned in the longitudinal direction. The numbers i and j represent the positions of the battery cells 3. For example, i = 1 and j = 1 represent the battery cells 3 located at the upper left corner in the drawing. Further, the temperature of the battery cell 3 at the position indicated by the numbers i and j is expressed as a cell temperature T ij . For example, the cell temperature of the battery cell 3 (i = 1, j = 1) located in the upper left corner is T 11 .
In the present embodiment, the amount of inflow from the blower 5 and the temperature of the cold air are both set in advance as constant values.

温度傾向の予測を実施するコンピュータプログラム17の機能を図3中に模式的に示す。このコンピュータプログラム17には、解析部17a,算出部17b,構築部17c及び予測部17d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 that performs the prediction of the temperature trend is schematically shown in FIG. The computer program 17 includes an analysis unit 17a, a calculation unit 17b, a construction unit 17c, and a prediction unit 17d. 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.

解析部17aは、上述した解析モデルを作成するとともに、3次元のCFD解析を実施することで各配風率mk及び各セル温度Tijを計算するものである。具体的には、解析部17aは、基準モデルを作成し、次いで複数のメッシュのそれぞれに対して様々な数値データを設定して3次元のCFD解析を実施することで、基準状態の各配風率mk0及び各セル温度Tij0を算出する。また、解析部17aは、配風口41〜46を一つずつ塞いだ異なる六つの閉鎖モデルを作成し、同様にCFD解析を実施することで、各閉鎖モデルの各配風率mk1〜mk6及び各セル温度Tij1〜Tij6を算出する。 The analysis part 17a calculates each air distribution rate mk and each cell temperature Tij by creating the analysis model mentioned above and performing a three-dimensional CFD analysis. Specifically, the analysis unit 17a creates a reference model, then sets various numerical data for each of the plurality of meshes, and performs a three-dimensional CFD analysis, whereby each wind distribution in the reference state is set. The rate m k0 and each cell temperature T ij0 are calculated. In addition, the analysis unit 17a creates six different closed models in which the air distribution ports 41 to 46 are closed one by one, and similarly performs CFD analysis, so that each air distribution rate m k1 to m k6 of each closed model. And each cell temperature Tij1- Tij6 is calculated.

なお、本実施形態では、p番目の配風口4pを塞いだ閉鎖モデルの各配風率,各セル温度をそれぞれmkp,Tijpと表記する。例えば「配風率m12」は、2番目の配風口42(p=2)を塞いだ閉鎖状態における1番目の配風口41(k=1)の配風率を表す。また、例えば「セル温度T123」は、3番目の配風口43(p=3)を塞いだ閉鎖状態における電池セル3(i=1,j=2)のセル温度を表す。解析部17aは、算出した各配風率mkp(mk0〜mk6)及び各セル温度Tijp(Tij0〜Tij6)を算出部17bに伝達する。また、解析部17aは、算出した基準状態の各配風率mk0及び各セル温度Tij0を予測部17dに伝達する。 In this embodiment, each air distribution rate and each cell temperature of the closed model in which the p-th air distribution port 4p is closed are expressed as m kp and T ijp , respectively. For example, “air distribution rate m 12 ” represents the air distribution rate of the first air distribution port 41 (k = 1) in the closed state in which the second air distribution port 42 (p = 2) is closed. For example, “cell temperature T 123 ” represents the cell temperature of the battery cell 3 (i = 1, j = 2) in the closed state in which the third air distribution port 43 (p = 3) is closed. The analysis unit 17a transmits the calculated air distribution rates m kp (m k0 to m k6 ) and the cell temperatures T ijp (T ij0 to T ij6 ) to the calculation unit 17b. The analysis unit 17a transmits the calculated air distribution rate m k0 and the cell temperature T ij0 in the reference state to the prediction unit 17d.

算出部17bは、p番目の配風口4pを塞いだ閉鎖状態の各配風率mkp及び各セル温度Tijpが、基準状態の各配風率mk0及び各セル温度Tij0からどの程度変化したのかを、以下の式1,式2を用いて算出するものである。本実施形態の算出部17bは、基準状態の各配風率mk0に対するそれぞれの閉鎖状態における各配風率mk1〜mk6の変化量を各配風率差δmk1〜δmk6として算出し、基準状態の各セル温度Tij0に対するそれぞれの閉鎖状態における各セル温度Tij1〜Tij6の変化量を各セル温度差δTij1〜δTij6として算出する。 The calculation unit 17b calculates how much each air distribution rate m kp and each cell temperature T ijp in the closed state in which the p-th air distribution port 4p is closed change from each air distribution rate m k0 and each cell temperature T ij0 in the reference state. This is calculated using the following Equation 1 and Equation 2. The calculation unit 17b according to the present embodiment calculates the amount of change in each air distribution rate m k1 to m k6 in each closed state with respect to each air distribution rate m k0 in the reference state as each air distribution rate difference δm k1 to δm k6. , and calculates the amount of change in the cell temperature T ij1 ~T ij6 in each of the closed state of each cell temperature T Ij0 in the reference state as the cell temperature difference δT ij1 ~δT ij6.

Figure 0006610330
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式1中のδmkp(各配風率差)は、p番目の配風口4pを塞いだ閉鎖状態における、k番目の配風口4kの配風率mkpの基準状態(mk0)からの変化量である。同様に、式2中のδTijp(各セル温度差)は、p番目の配風口4pを塞いだ閉鎖状態における、電池セル3(i,j)のセル温度Tijpの基準状態(Tij0)からの変化量である。算出部17bは、算出した各配風率差δmkp及び各セル温度差δTijpを構築部17cに伝達する。 Δm kp (Each wind distribution rate difference) in Equation 1 is a change from the reference state (m k0 ) of the air distribution rate m kp of the kth air distribution port 4k in the closed state where the pth air distribution port 4p is closed. Amount. Similarly, δT ijp (each cell temperature difference) in Equation 2 is the reference state (T ij0 ) of the cell temperature T ijp of the battery cell 3 (i, j) in the closed state where the p-th air distribution port 4p is closed. The amount of change from The calculation unit 17b transmits the calculated air distribution rate differences δm kp and the cell temperature differences δT ijp to the construction unit 17c.

構築部17cは、各閉鎖状態における各配風率差δmkpと各セル温度差δTijpとの対応付けを行い、以下の式3で示す理論式を構築するものである。理論式は、セル温度の変化(セル温度差δTijp)を配風率の変化(配風率差δmkp)と係数との積の総和によって表現した式である。なお、式中のaは、ダクト4が有する配風口41〜46の個数であり、本実施形態ではa=6である。また、式3中のCij kは、各配風率差δmkpと各セル温度差δTijpとの対応を関係付ける係数であり、式4で表される。 The construction unit 17c associates each air distribution rate difference δm kp with each cell temperature difference δT ijp in each closed state, and constructs a theoretical formula shown by the following formula 3. The theoretical formula is an expression that expresses a change in cell temperature (cell temperature difference δT ijp ) as a sum of products of a change in air distribution rate (air distribution rate difference δm kp ) and a coefficient. In addition, a in a formula | equation is the number of the ventilation openings 41-46 which the duct 4 has, and is a = 6 in this embodiment. C ij k in Equation 3 is a coefficient that correlates the correspondence between each air distribution rate difference δm kp and each cell temperature difference δT ijp, and is expressed by Equation 4.

Figure 0006610330
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係数Cij kは、ダクト形状の設計変更に伴ってk番目の配風口4kの配風率mkが変更された場合のセル温度Tijの変化量を求めるためのものである。言い換えると、係数Cij kは、配風率mkの変更により変化した冷熱の入り具合によって、結果的にセル温度Tijが基準状態からどの程度変化するのかを表す値である。係数Cij kは、電池セル3の位置毎に異なることから、電池セル3の位置を表す(i,j)という番号が付いている。また、配風口4kによって電池セル3(i,j)に与える冷熱の影響が異なるため、係数Cij kには番号kも付いている。 The coefficient C ij k is used to obtain a change amount of the cell temperature T ij when the air distribution rate m k of the kth air distribution port 4k is changed in accordance with the design change of the duct shape. In other words, the coefficient C ij k is a value that represents how much the cell temperature T ij changes from the reference state as a result of the change of the cooling heat that has been changed by changing the air distribution rate m k . Since the coefficient C ij k is different for each position of the battery cell 3, the number (i, j) indicating the position of the battery cell 3 is attached. In addition, the coefficient C ij k is also numbered k because the influence of the cooling heat given to the battery cell 3 (i, j) differs depending on the air distribution opening 4k.

ここで、本実施形態の電池パック1は、複数の電池セル3が対称面に対して面対称に配設されるとともに、複数の配風口41〜46が同じ対称面に対して面対称になるように設けられている。そのため、本実施形態の構築部17cは、理論式の構築に際して左右対称性を課し、計算負荷の低減を図る。具体的には、番号iがi=1〜4の電池セル3に対しては、番号kがk=1〜3の配風口4kの配風率mkを使って理論式を構築し、番号iがi=5〜8の電池セル3については番号kがk=1〜3の配風率mkを使った理論式の構築を省略する。同様に、番号iがi=5〜8の電池セル3に対しては、番号kがk=4〜6の配風口4kの配風率mkを使って理論式を構築し、番号iがi=1〜4の電池セル3については番号kがk=4〜6の配風率mkを使った理論式の構築を省略する。つまり、対称面に対して電池セル3と同一側に位置する配風口4kの配風率差δmkpを理論式の構築に用い、式4から係数Cij kを算出する。 Here, in the battery pack 1 of the present embodiment, the plurality of battery cells 3 are arranged in plane symmetry with respect to the symmetry plane, and the plurality of air distribution ports 41 to 46 are plane symmetry with respect to the same symmetry plane. It is provided as follows. For this reason, the construction unit 17c of the present embodiment imposes left-right symmetry when constructing the theoretical formula to reduce the calculation load. Specifically, for the battery cell 3 with the number i of i = 1 to 4, a theoretical formula is constructed using the air distribution rate m k of the air distribution port 4k with the number k of k = 1 to 3, and the number For the battery cell 3 in which i is i = 5 to 8, the construction of the theoretical formula using the air distribution rate m k in which the number k is k = 1 to 3 is omitted. Similarly, for the battery cell 3 with the number i of i = 5 to 8, a theoretical formula is constructed using the air distribution rate m k of the air distribution port 4k with the number k of k = 4 to 6, and the number i is For the battery cell 3 with i = 1 to 4, the construction of the theoretical formula using the air distribution rate m k with the number k of k = 4 to 6 is omitted. That is, the coefficient C ij k is calculated from Equation 4 using the air distribution rate difference δm kp of the air distribution port 4k located on the same side as the battery cell 3 with respect to the symmetry plane.

なお、理論式の構築に際して左右対称性を課す場合には、上記の算出部17bにおいても、同様に左右対称性を課してもよい。具体的には、算出部17bは、番号iがi=1〜4の電池セル3に対しては、番号pがp=1〜3の配風口4pを塞いだ閉鎖状態における各配風率差δmk1〜δmk3及び各セル温度差δTij1〜δTij3を算出し、番号iがi=5〜8の電池セル3についてのこれらの算出を省略し、同様に、番号iがi=5〜8の電池セル3に対しては、番号pがp=4〜6の配風口4pを塞いだ閉鎖状態における各配風率差δmk4〜δmk6及び各セル温度差δTij4〜δTij6を算出し、番号iがi=1〜4の電池セル3についてはこれらの算出を省略してもよい。つまり、対称面に対して電池セル3と同一側に位置する配風口4pを塞いだ閉鎖状態毎における、同一側の各配風率差δmk1〜δmk3及び各セル温度差δTij1〜δTij3を算出してもよい。 In addition, when imposing the left-right symmetry in the construction of the theoretical formula, the left-right symmetry may be similarly imposed in the calculation unit 17b. Specifically, for the battery cell 3 with the number i of i = 1 to 4, the calculation unit 17b calculates each air distribution rate difference in the closed state in which the air distribution port 4p with the number p of p = 1 to 3 is closed. δm k1 to δm k3 and cell temperature differences δT ij1 to δT ij3 are calculated, and these calculations are omitted for the battery cell 3 whose number i is i = 5 to 8, and similarly, the number i is i = 5 to 5 for cells 3 of 8, calculates the distribution respective air distribution index difference at the closed state closes the air outlet 4p δm k4 ~δm k6 and the cell temperature difference δT ij4 ~δT ij6 the number p p = 4 to 6 However, these calculations may be omitted for the battery cell 3 whose number i is i = 1 to 4. That is, in every closed state closes the air distribution ports 4p located cell 3 on the same side with respect to the symmetry plane, the air-distribution index difference of the same side δm k1 ~δm k3 and the cell temperature difference δT ij1 ~δT ij3 May be calculated.

以上の解析部17a,算出部17b,構築部17cによる処理が上述した「前計算」に対応する。そして、次の予測部17dによる処理が上述した「本計算」に対応する。構築部17cは、理論式から求められる係数Cij kを予測部17dに伝達する。なお、構築部17cは、本計算において利用可能なデータ(係数Cij kは「ダクト4の各配風率差δmkと各セル温度差δTijとを関係付けるパラメータ」である)として、外部記憶装置13内に記録してもよい。この係数Cij kは、ダクト4の形状を設計変更した場合に、以下の予測部17dにおいて利用可能である。なお、電池モジュール2及び電池セル3の各配置や個数を変更した場合には、ダクト4の基本構成が同一であったとしても、改めて解析部17aからの処理が行われ、新しい係数Cij kが算出される。 The processes by the analysis unit 17a, the calculation unit 17b, and the construction unit 17c correspond to the “pre-calculation” described above. The processing by the next prediction unit 17d corresponds to the “main calculation” described above. The construction unit 17c transmits the coefficient C ij k obtained from the theoretical formula to the prediction unit 17d. The constructing unit 17c uses external data as data that can be used in this calculation (coefficient C ij k is “a parameter relating each air distribution rate difference δm k of the duct 4 and each cell temperature difference δT ij ”). It may be recorded in the storage device 13. The coefficient C ij k can be used in the prediction unit 17d described below when the design of the duct 4 is changed. When the arrangement and number of the battery modules 2 and the battery cells 3 are changed, even if the basic configuration of the duct 4 is the same, processing from the analysis unit 17a is performed again, and a new coefficient C ij k Is calculated.

予測部17dは、係数Cij kを用いて、新形状ダクトの各配風率nkに対する電池モジュール2の温度傾向を予測するものである。温度傾向の予測方法としては、例えば、以下の式5を使って各配風率nkに対するそれぞれのセル温度差δXij(各セル温度Xijの基準状態からの変化量)を算出し、これをグラフ化することでセル温度の分布(モジュール単位での温度傾向)を把握する手法が挙げられる。なお、式5中のδnkは、k番目の配風口4kの基準状態における配風率mk0に対する配風率nkの差である(式6参照)。また、算出した各セル温度差δXijに、解析部17aで算出された基準状態での各セル温度Tij0を加算して、各配風率nkにおける各セル温度Xijを算出することで温度傾向を予測してもよい。 The predicting unit 17d uses the coefficient C ij k to predict the temperature trend of the battery module 2 with respect to each air distribution rate n k of the new shape duct. As a method for predicting the temperature trend, for example, the following equation 5 is used to calculate each cell temperature difference δX ij (the amount of change from the reference state of each cell temperature X ij ) for each air distribution rate n k . Is a method of grasping the cell temperature distribution (temperature trend in module units) by graphing. Incidentally, .DELTA.n k in Equation 5 is the difference Haifuritsu n k for air distribution ratio m k0 in the reference state of the k-th air distribution ports 4k (see Equation 6). Further, by adding each cell temperature T ij0 in the reference state calculated by the analysis unit 17a to each calculated cell temperature difference δX ij , each cell temperature X ij at each air distribution rate n k is calculated. A temperature trend may be predicted.

Figure 0006610330
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本実施形態の予測部17dは、二つの方法で新形状ダクトの各配風率nkを設定する。第一の方法は、上記のダクト4と基本構成が同一な新形状ダクトについて、ダクト単体のCFD解析を実施することで新形状ダクトの配風口毎の配風率mk′を算出し、これらの値mk′を上記の各配風率nkとする(nk=mk′に設定する)方法である。このCFD解析は、上述した解析部17aで実施される3次元のCFD解析とは異なり、新形状ダクトのみをモデル化し、ブロア5からの流入量と冷風の温度とを入力値として各配風率nkを計算するものである。すなわち、解析部17aで実施されるCFD解析に比べて、予測部17dが実施するCFD解析は計算負荷が小さい。 The prediction unit 17d of the present embodiment sets each air distribution rate nk of the new shape duct by two methods. The first method calculates the air distribution rate m k ′ for each air distribution port of the new shape duct by performing CFD analysis of the duct itself for the new shape duct having the same basic configuration as the duct 4 described above. Value m k ′ is set to each of the above-mentioned air distribution rates n k (set to n k = m k ′). This CFD analysis is different from the three-dimensional CFD analysis performed in the analysis unit 17a described above, and models only the new-shaped duct, and uses each of the air flow rate from the blower 5 and the cold air temperature as input values. n k is calculated. That is, the CFD analysis performed by the prediction unit 17d has a smaller calculation load than the CFD analysis performed by the analysis unit 17a.

第二の方法は、所定の条件に基づいて新形状ダクトの配風口毎の目標配風率ntkを設定し、この各目標配風率ntkを上記の各配風率nkとする(nk=ntkに設定する)方法である。所定の条件としては、例えば電池セル3の許容温度範囲や電池モジュール2の許容温度範囲といった温度条件が挙げられる。具体的には、全てのモジュール温度が所定の許容範囲内に収まり、かつ、モジュール温度やセル温度が高温になり過ぎないための各配風率ntkを目標値として設定する。 The second method sets a target Haifuritsu nt k for each air distribution mouth of the new shape duct based on a predetermined condition, the respective target Haifuritsu nt k and the air distribution ratio n k of the ( n k = nt k ). Examples of the predetermined condition include temperature conditions such as an allowable temperature range of the battery cell 3 and an allowable temperature range of the battery module 2. Specifically, the air distribution ratios nt k for keeping all module temperatures within a predetermined allowable range and preventing the module temperature and the cell temperature from becoming too high are set as target values.

なお、この目標配風率ntkの設定に、上述した温度傾向の予測結果を用いる(すなわち本予測方法を繰り返し実施する)ことで、適切なダクト形状(配風率)を設計可能である。例えば予測部17dが、まずは第一の方法により各配風率nkを設定して温度傾向を予測し、次にこの予測結果から目標配風率ntkを設定して温度傾向を予測し、さらにその結果に基づいて目標配風率ntkを更新していくという計算を行ってもよい。 An appropriate duct shape (air distribution rate) can be designed by using the above-mentioned prediction result of the temperature tendency (that is, repeatedly performing this prediction method) for setting the target air distribution rate nt k . For example, the prediction unit 17d first sets the air distribution rate n k by the first method to predict the temperature trend, and then sets the target air distribution rate nt k from the prediction result to predict the temperature trend, Furthermore, the calculation of updating the target air distribution rate nt k based on the result may be performed.

[4.フローチャート]
図4は、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(温度傾向の予測方法)を示すフローチャートである。
ステップA1は、初期設定のステップである。すなわち、ステップA1では、解析モデルとなる電池パック1の元データと、傾向予測に必要なデータとが用意され、あるいは外部記憶装置13や入力装置14等から入力される。なお、この初期設定では、番号pがp=0に設定される。
[4. flowchart]
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure (temperature tendency prediction method) when the computer 10 executes the computer program 17.
Step A1 is an initial setting step. That is, in step A1, original data of the battery pack 1 serving as an analysis model and data necessary for trend prediction are prepared, or input from the external storage device 13, the input device 14, or the like. In this initial setting, the number p is set to p = 0.

ステップA2,A3,A5は、解析部17aにおいて実施される処理(解析工程)である。ステップA2では、前ステップで用意されたデータに基づき、電池パック1を模した複数の解析モデル(基準モデル及び複数の閉鎖モデル)が作成される。続くステップA3では、基準モデルに対してCFD解析が実施され、基準状態の各配風率mk0及び各セル温度Tij0が計算される。ステップA4では、番号pに1を加算した値が新たな番号pに設定される。そして、ステップA5では、p番目の配風口4pを塞いだ閉鎖モデルに対してCFD解析が実施され、配風口4pを塞いだ閉鎖状態の各配風率mkp及び各セル温度Tijpが計算される。例えば、最初にステップA5に進んだ場合には、1番目の配風口41を塞いだ閉鎖状態の各配風率mk1及び各セル温度Tij1が計算される。 Steps A2, A3 and A5 are processes (analysis process) performed in the analysis unit 17a. In step A2, based on the data prepared in the previous step, a plurality of analysis models (reference model and a plurality of closed models) simulating the battery pack 1 are created. In subsequent step A3, CFD analysis is performed on the reference model, and each air distribution rate m k0 and each cell temperature T ij0 in the reference state are calculated. In step A4, a value obtained by adding 1 to the number p is set as a new number p. In step A5, CFD analysis is performed on the closed model in which the p-th air distribution port 4p is closed, and each air distribution rate m kp and each cell temperature T ijp in the closed state in which the air distribution port 4p is closed are calculated. The For example, when the process first proceeds to step A5, each air distribution rate m k1 and each cell temperature T ij1 in the closed state in which the first air distribution port 41 is closed are calculated.

ステップA6では、上記の式1により、配風口4pを塞いだ閉鎖状態の各配風率差δmkpが算出され、続くステップA7では、上記の式2により、同様の閉鎖状態の各セル温度差δTijpが算出される。これらのステップA6,A7は、算出部17bにおいて実施される処理(算出工程)である。なお、ステップA8では、現在の番号pが配風口4kの個数aと等しいか否かが判定され、p=aでない場合にはステップA4に戻る。そして、次の配風口4pを塞いだ閉鎖状態の各配風率差δmkp及び各セル温度差δTijpを同様に算出し、全てのパターンの計算が終わったらステップA9に進む。 In step A6, each air distribution rate difference δm kp in the closed state in which the air distribution port 4p is closed is calculated by the above equation 1, and in the subsequent step A7, each cell temperature difference in the same closed state is calculated by the above equation 2. δT ijp is calculated. These steps A6 and A7 are processing (calculation process) performed in the calculation unit 17b. In step A8, it is determined whether or not the current number p is equal to the number a of the air distribution openings 4k. If p = a is not satisfied, the process returns to step A4. Then, each air distribution rate difference δm kp and each cell temperature difference δT ijp in the closed state in which the next air distribution port 4p is closed are calculated in the same manner, and when all the patterns have been calculated, the process proceeds to step A9.

ステップA9では、構築部17cにより、算出工程で算出した各配風率差δmkp及び各セル温度差δTijpの対応付けが行われ、冷熱の変化に関する重ね合わせの式(理論式,上記の式3)が構築されるとともに、上記の式4により係数Cij kが求められる(構築工程)。
以上のステップA1〜A9の処理が前計算に相当する。そして、次のステップA10〜A12が、予測部17dにおいて実施される処理(予測工程)である。
In step A9, the construction unit 17c associates each air distribution rate difference δm kp and each cell temperature difference δT ijp calculated in the calculation step, and a superposition formula (theoretical formula, the above formula regarding the change in cold energy). 3) is constructed, and the coefficient C ij k is obtained by the above equation 4 (construction step).
The processes in steps A1 to A9 described above correspond to pre-calculation. The next steps A10 to A12 are processing (prediction process) performed in the prediction unit 17d.

ステップA10では、上述した二つの方法の何れか一方により新形状ダクトの各配風率nkが設定される。ステップA11では、上記の式5,6を用いて、この各配風率nkでの各セル温度差δXijが算出され、この結果に基づいて電池モジュール2の温度傾向が予測される(ステップA12)。なお、ステップA10〜12の処理は、最終的な(適切な)ダクト形状が得られるまで繰り返し実施される。これらの処理では3次元のCFD解析は行われないため、計算周期を短く(サイクル数を多く)することができる。 In Step A10, each air distribution rate nk of the new shape duct is set by one of the two methods described above. In step A11, the cell temperature difference δX ij at each air distribution rate n k is calculated using the above equations 5 and 6, and the temperature trend of the battery module 2 is predicted based on this result (step S11). A12). In addition, the process of step A10-12 is repeatedly implemented until the final (appropriate) duct shape is obtained. In these processes, since the three-dimensional CFD analysis is not performed, the calculation cycle can be shortened (the number of cycles is increased).

[5.効果]
(1)上述した予測方法,予測装置10及び予測プログラム17では、各閉鎖状態における、各配風率差(冷熱の変化量)と各セル温度差との対応を関係付ける理論式が構築され、この理論式から係数Cij kが求められる。そして、理論式の構築に用いたダクト4と基本構成が同一な新形状ダクトについては、この係数Cij kを用いて各配風率nk(冷熱量)に対する電池モジュール2の温度傾向が予測される。
[5. effect]
(1) In the prediction method, the prediction device 10, and the prediction program 17 described above, a theoretical formula is established that relates the correspondence between each air distribution rate difference (variation in cold energy) and each cell temperature difference in each closed state, The coefficient C ij k is obtained from this theoretical formula. And about the new shape duct whose basic composition is the same as the duct 4 used for construction of a theoretical formula, the temperature tendency of the battery module 2 with respect to each air distribution rate n k (cooling heat amount) is predicted using this coefficient C ij k. Is done.

つまり、上述した予測方法,予測装置10及び予測プログラム17によれば、新形状ダクトの各配風率nk(冷熱量)に対する温度傾向を、CFD解析を実施することなく予測することができるため、温度傾向を算出する時間(計算時間)を大幅に短縮することができる。これにより、モジュール単位で温度傾向を簡易的かつ高速に把握することができ、適切なダクト形状を設計,取得できるまでの時間(設計時間)の短縮を実現できるとともに、計算コスト及び設計コストを低減することができる。 That is, according to the prediction method, the prediction device 10, and the prediction program 17 described above, it is possible to predict a temperature tendency with respect to each air distribution rate n k (cooling amount) of the new shape duct without performing CFD analysis. The time (calculation time) for calculating the temperature tendency can be greatly shortened. As a result, temperature trends can be easily and quickly grasped on a module-by-module basis, and it is possible to reduce the time required to design and acquire an appropriate duct shape (design time) as well as to reduce calculation costs and design costs. can do.

また、理論式の構築において、複数の配風口4kを一つずつ順に塞いで電池パック1内の流れ場をあえて激変させた閉鎖状態を複数パターン作成し、各配風率mkpと各セル温度Tijpとを計算するため、電池パック1内の流れ場の変化を最大限に取り込んだ理論式を構築することができる。これにより、電池パック1内の流れ場が大きく変化する場合あっても、新形状ダクトの各冷熱量に対する温度傾向を予測することができる。なお、本手法では、複数の閉鎖状態において、基準状態の各配風率mk0及び各セル温度Tij0からの変化量をそれぞれ算出することから、電池セル3自体の発熱の影響を取り除き、ダクト4からの冷熱量の変化のみに着目した理論式を構築することができる。すなわち、理論式を単純化することができ、設計時間を短縮することができる。 Moreover, in the construction of the theoretical formula, a plurality of closed states in which the flow field in the battery pack 1 is intentionally changed by closing the plurality of air distribution ports 4k one by one in order are created, and each air distribution rate m kp and each cell temperature In order to calculate T ijp , it is possible to construct a theoretical formula that captures the change in the flow field in the battery pack 1 to the maximum. Thereby, even if the flow field in the battery pack 1 changes greatly, the temperature tendency with respect to each amount of cold heat of the new shape duct can be predicted. In this method, since the amount of change from each air distribution rate m k0 and each cell temperature T ij0 in the reference state is calculated in a plurality of closed states, the influence of heat generation of the battery cell 3 itself is removed, and the duct is A theoretical formula focusing on only the change in the amount of heat from 4 can be constructed. That is, the theoretical formula can be simplified and the design time can be shortened.

(2)また、各配風口4kから受ける冷熱量として、各配風口4kの配風率mkを用いるため、冷熱の変化を正確に捉えることができるとともに、計算負荷を低減することができる。これにより、計算コストをさらに抑えることができる。
(3)また、上述した電池パック1のように、電池セル3が面対称に配設されるとともに各配風口4kも面対称となるように設けられている場合には、構築工程や予測工程において左右対称性を課すことで、計算負荷をさらに低減することができる。
(2) In addition, since the air distribution rate m k of each air distribution port 4k is used as the amount of heat received from each air distribution port 4k, it is possible to accurately grasp the change in cold energy and reduce the calculation load. Thereby, calculation cost can further be suppressed.
(3) When the battery cells 3 are arranged in plane symmetry and the air distribution ports 4k are also arranged in plane symmetry as in the battery pack 1 described above, the construction process and the prediction process By imposing left-right symmetry in, the calculation load can be further reduced.

(4)上述した予測部17dは、第一の方法として、ダクト4と基本構成が同一な新形状ダクトについて、ダクト単体のCFD解析を実施することで新形状ダクトの配風口毎の配風率mk′を算出し、これらの値mk′を各配風率nkとする。そして、係数Cij kを使ってこの配風率nkにおけるモジュール温度の傾向を予測する。すなわち、新形状ダクトを電池パック1内に配置した場合の3次元のCFD解析を実施しなくても、係数Cij kを用いることで、電池パック1内のダクト4を新形状ダクトに設計変更した場合の電池モジュール2の温度傾向を簡単に予測することができる。これにより、計算時間の短縮,計算コストの低減を図ることができる。 (4) As a first method, the prediction unit 17d described above performs a CFD analysis of a single duct on a new shape duct having the same basic configuration as the duct 4, thereby performing an air distribution rate for each air distribution port of the new shape duct. m k ′ is calculated, and these values m k ′ are set as the respective air distribution rates n k . Then, the trend of the module temperature at the air distribution rate n k is predicted using the coefficient C ij k . That is, the design of the duct 4 in the battery pack 1 is changed to the new shape duct by using the coefficient C ij k without performing the three-dimensional CFD analysis when the new shape duct is arranged in the battery pack 1. In this case, the temperature tendency of the battery module 2 can be easily predicted. Thereby, the calculation time can be shortened and the calculation cost can be reduced.

(5)また、上述した予測部17dでは、第二の方法として、所定の条件に基づいて設定された各目標配風率ntkを各配風率nkとする。そして、係数Cij kを使ってこの配風率nkにおけるモジュール温度の傾向を予測する。これにより、モジュール単位で温度傾向を簡易的かつ高速に把握することができるため、適切なダクト形状を設計,取得できるまでの時間(設計時間)の短縮を実現でき、計算コスト及び設計コストを低減することができる。 (5) In addition, the prediction unit 17d described above, as the second method, and the target Haifuritsu nt k each air distribution index n k that is set based on a predetermined condition. Then, the trend of the module temperature at the air distribution rate n k is predicted using the coefficient C ij k . As a result, temperature trends can be easily and quickly grasped on a module-by-module basis, so the time required to design and acquire an appropriate duct shape (design time) can be shortened, and calculation costs and design costs can be reduced. can do.

[6.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。
上述した実施形態では、電池セル3が各配風口4kから受ける冷熱量として配風率mkを用いる場合を例示したが、配風率mkの代わりに配風量を用いてもよい。また、配風率mk又は配風量に冷風の温度情報を加味したパラメータを冷熱量として用いてもよい。
[6. 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 embodiment described above has exemplified the case of using the air distribution ratio m k as cold calorie the battery cell 3 receives from the respective air distribution ports 4k, may be used air distribution amount instead of Haifuritsu m k. It is also possible to use a parameter which takes into account the temperature information of the cold air in Haifuritsu m k or air distribution amount as the cold calorie.

上述の実施形態では、解析対象として車載の電池パック1を例示したが、解析対象は複数の電池セルからなる電池モジュールがケース内に複数配設されるとともに、複数の配風口を持つ冷却用のダクトがケース内に設けられた電池パックであればよく、上述した構成のものに限られない。例えば、電池パック1が車載用でなくてもよいし、電池セル3が面対称に配置されたものでなくてもよい。また、ダクト4の配風口も面対称になるように配置されていなくてもよいし、その位置も端面や下面に限られない。   In the above-described embodiment, the in-vehicle battery pack 1 is exemplified as an analysis target. However, the analysis target is a cooling module having a plurality of battery modules including a plurality of battery cells and a plurality of air distribution ports. The duct may be a battery pack provided in the case, and is not limited to the configuration described above. For example, the battery pack 1 may not be for vehicle use, and the battery cells 3 may not be arranged in plane symmetry. Further, the air distribution opening of the duct 4 may not be arranged so as to be plane symmetric, and the position thereof is not limited to the end face or the lower face.

1 電池パック
2 電池モジュール
3 電池セル
4 ダクト
4B 下面の配風口
4E 端面の配風口
4k k番目の配風口
4p p番目の配風口
41〜46 配風口
5 ブロア
6 ケース
7 隙間
10 コンピュータ(予測装置)
17 コンピュータプログラム(予測プログラム)
ij セル温度
ij0 基準状態のセル温度
ijp 配風口4pを塞いだ閉鎖状態のセル温度
k 配風率(冷熱量)
k0 基準状態の配風率
kp 配風口4pを塞いだ閉鎖状態の配風率
δTijp セル温度差
δmkp 配風率差(冷熱差)
k 所定の配風率
ntk 目標配風率
k′ 新形状ダクトの配風率
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery pack 2 Battery module 3 Battery cell 4 Duct 4B Bottom air distribution port 4E End surface air distribution port 4k kth air distribution port 4p pth air distribution port 41-46 Air distribution port 5 Blower 6 Case 7 Crevice 10 Computer (prediction device)
17 Computer program (prediction program)
T ij cell temperature T ij0 reference state cell temperature T ijp distribution port 4p closed cell temperature m k air distribution rate (cooling amount)
m k0 air distribution rate in the standard state m kp air distribution rate in the closed state with the air distribution port 4p closed δT ijp cell temperature difference δm kp air distribution difference (cooling difference)
n k predetermined air distribution rate nt k target air distribution rate m k

Claims (8)

複数の電池セルからなる電池モジュールがケース内に複数配設されるとともに、複数の配風口を持つ冷却用のダクトが前記ケース内に設けられた電池パックにおいて、前記電池モジュールの温度傾向を予測する処理をコンピュータに実行させる予測方法であって、
前記ダクトの前記複数の配風口を全て開放した基準状態と前記複数の配風口を一つずつ順に塞いだ異なる複数の閉鎖状態とのそれぞれについて、CFD解析により前記複数の配風口からの各冷熱量と前記複数の電池セルの各セル温度とを算出する解析工程と、
前記基準状態の前記各冷熱量に対する前記各閉鎖状態の前記各冷熱量の変化量を各冷熱差として算出するとともに、前記基準状態の前記各セル温度に対する前記各閉鎖状態の前記各セル温度の変化量を各セル温度差として算出する算出工程と、
前記各閉鎖状態における、前記各冷熱差と前記各セル温度差との対応を関係付ける理論式を構築する構築工程と、
前記理論式から求められる係数を用いて、前記ダクトと基本構成が同一な新形状ダクトの各冷熱量に対する前記電池モジュールの温度傾向を予測する予測工程と、
を備えたことを特徴とする、電池モジュールの温度傾向予測方法。
In a battery pack in which a plurality of battery modules including a plurality of battery cells are arranged in a case and a cooling duct having a plurality of air distribution openings is provided in the case, a temperature trend of the battery module is predicted. A prediction method for causing a computer to execute processing,
For each of a reference state in which all of the plurality of air distribution openings of the duct are opened and a plurality of different closed states in which the plurality of air distribution openings are sequentially closed one by one, the amount of cold heat from the plurality of air distribution openings is determined by CFD analysis. And an analysis step of calculating each cell temperature of the plurality of battery cells,
The amount of change in each amount of cold in each closed state with respect to each amount of cold in the reference state is calculated as a difference in each heat, and the change in each cell temperature in each closed state with respect to each cell temperature in the reference state A calculation step of calculating the amount as the temperature difference of each cell;
A construction step of constructing a theoretical formula relating the correspondence between each of the cooling and heating differences and each of the cell temperature differences in each of the closed states;
A prediction step of predicting a temperature trend of the battery module with respect to each cooling amount of a new shape duct having the same basic configuration as the duct, using a coefficient obtained from the theoretical formula;
A temperature trend prediction method for a battery module, comprising:
前記冷熱量として、前記ダクト内への流体の流入量に対する前記配風口からの前記流体の流出量の割合を示す配風率を用いる
ことを特徴とする、請求項1記載の電池モジュールの温度傾向予測方法。
The temperature trend of the battery module according to claim 1, wherein an air distribution rate indicating a ratio of an outflow amount of the fluid from the air distribution port to an inflow amount of the fluid into the duct is used as the cold heat amount. Prediction method.
前記複数の電池セルが所定の対称面に対して面対称に配設されるとともに、前記複数の配風口が前記対称面に対して面対称になるように設けられている場合には、
前記構築工程では、前記対称面に対して前記電池セルと同一側に位置する前記配風口の前記各冷熱差を前記理論式の構築に用いる
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の電池モジュールの温度傾向予測方法。
When the plurality of battery cells are arranged in plane symmetry with respect to a predetermined symmetry plane, and the plurality of air distribution ports are provided to be plane symmetrical with respect to the symmetry plane,
3. The battery according to claim 1, wherein, in the construction step, each of the cooling and heating differences of the air distribution ports located on the same side as the battery cell with respect to the symmetry plane is used for construction of the theoretical formula. Method for predicting module temperature trends.
前記算出工程では、前記対称面に対して前記電池セルと同一側に位置する前記配風口を塞いだ前記閉鎖状態毎における、前記同一側の前記各冷熱差と前記同一側の前記各セル温度差とを算出する
ことを特徴とする、請求項3記載の電池モジュールの温度傾向予測方法。
In the calculation step, the cold temperature difference on the same side and the cell temperature difference on the same side in each closed state in which the air distribution port located on the same side as the battery cell is closed with respect to the symmetry plane. The temperature trend prediction method for battery modules according to claim 3, wherein:
前記予測工程では、前記新形状ダクトについて実施したCFD解析により取得された前記新形状ダクトの配風口毎の配風率に対する前記温度傾向を予測する
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の電池モジュールの温度傾向予測方法。
The said prediction process predicts the said temperature tendency with respect to the air distribution rate for every air distribution port of the said new shape duct acquired by the CFD analysis implemented about the said new shape duct, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. The temperature trend prediction method for a battery module according to claim 1.
前記予測工程では、所定の条件に基づいて設定された前記新形状ダクトの各目標配風率に対する前記温度傾向を予測する
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の電池モジュールの温度傾向予測方法。
The said prediction process predicts the said temperature tendency with respect to each target air distribution rate of the said new shape duct set based on predetermined conditions, The any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. Battery module temperature trend prediction method.
複数の電池セルからなる電池モジュールがケース内に複数配設されるとともに、複数の配風口を持つ冷却用のダクトが前記ケース内に設けられた電池パックにおいて、前記電池モジュールの温度傾向を予測する処理を実行する予測装置であって、
前記ダクトの前記複数の配風口を全て開放した基準状態と前記複数の配風口を一つずつ順に塞いだ異なる複数の閉鎖状態とのそれぞれについて、CFD解析により前記複数の配風口からの各冷熱量と前記複数の電池セルの各セル温度とを算出する解析部と、
前記基準状態の前記各冷熱量に対する前記各閉鎖状態の前記各冷熱量の変化量を各冷熱差として算出するとともに、前記基準状態の前記各セル温度に対する前記各閉鎖状態の前記各セル温度の変化量を各セル温度差として算出する算出部と、
前記各閉鎖状態における、前記各冷熱差と前記各セル温度差との対応を関係付ける理論式を構築する構築部と、
前記理論式から求められる係数を用いて、前記ダクトと基本構成が同一な新形状ダクトの各冷熱量に対する前記電池モジュールの温度傾向を予測する予測部と、
を備えたことを特徴とする、電池モジュールの温度傾向予測装置。
In a battery pack in which a plurality of battery modules including a plurality of battery cells are arranged in a case and a cooling duct having a plurality of air distribution openings is provided in the case, a temperature trend of the battery module is predicted. A prediction device that executes processing,
For each of a reference state in which all of the plurality of air distribution openings of the duct are opened and a plurality of different closed states in which the plurality of air distribution openings are sequentially closed one by one, the amount of cold heat from the plurality of air distribution openings is determined by CFD analysis. And an analysis unit for calculating each cell temperature of the plurality of battery cells,
The amount of change in each amount of cold in each closed state with respect to each amount of cold in the reference state is calculated as a difference in each heat, and the change in each cell temperature in each closed state with respect to each cell temperature in the reference state A calculation unit for calculating the amount as the temperature difference of each cell;
In each closed state, a construction unit that constructs a theoretical formula that relates the correspondence between each of the cooling and heating differences and each of the cell temperature differences;
Using a coefficient obtained from the theoretical formula, a prediction unit that predicts a temperature trend of the battery module with respect to each cooling amount of a new-shaped duct having the same basic configuration as the duct;
A temperature trend predicting device for a battery module, comprising:
複数の電池セルからなる電池モジュールがケース内に複数配設されるとともに、複数の配風口を持つ冷却用のダクトが前記ケース内に設けられた電池パックにおいて、前記電池モジュールの温度傾向を予測する処理を実行する予測プログラムであって、
前記ダクトの前記複数の配風口を全て開放した基準状態と前記複数の配風口を一つずつ順に塞いだ異なる複数の閉鎖状態とのそれぞれについて、CFD解析により前記複数の配風口からの各冷熱量と前記複数の電池セルの各セル温度とを算出する解析工程と、
前記基準状態の前記各冷熱量に対する前記各閉鎖状態の前記各冷熱量の変化量を各冷熱差として算出するとともに、前記基準状態の前記各セル温度に対する前記各閉鎖状態の前記各セル温度の変化量を各セル温度差として算出する算出工程と、
前記各閉鎖状態における、前記各冷熱差と前記各セル温度差との対応を関係付ける理論式を構築する構築工程と、
前記理論式から求められる係数を用いて、前記ダクトと基本構成が同一な新形状ダクトの各冷熱量に対する前記電池モジュールの温度傾向を予測する予測工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする、電池モジュールの温度傾向予測プログラム。
In a battery pack in which a plurality of battery modules including a plurality of battery cells are arranged in a case and a cooling duct having a plurality of air distribution openings is provided in the case, a temperature trend of the battery module is predicted. A prediction program for executing processing,
For each of a reference state in which all of the plurality of air distribution openings of the duct are opened and a plurality of different closed states in which the plurality of air distribution openings are sequentially closed one by one, the amount of cold heat from the plurality of air distribution openings is determined by CFD analysis. And an analysis step of calculating each cell temperature of the plurality of battery cells,
The amount of change in each amount of cold in each closed state with respect to each amount of cold in the reference state is calculated as a difference in each heat, and the change in each cell temperature in each closed state with respect to each cell temperature in the reference state A calculation step of calculating the amount as the temperature difference of each cell;
A construction step of constructing a theoretical formula relating the correspondence between each of the cooling and heating differences and each of the cell temperature differences in each of the closed states;
A prediction step of predicting a temperature trend of the battery module with respect to each cooling amount of a new shape duct having the same basic configuration as the duct, using a coefficient obtained from the theoretical formula;
A computer-executable program for predicting the temperature trend of a battery module.
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