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商用車:電気系 / バッテリー冷却

シミュレーションによる電気系 / バッテリーの 熱マネージメント

エンジニアリングの研究開発で現在大きな課題となっているのが、車両の電気系です。ハイブリッド車や電気自動車が定着しつつある現在、それらの開発に用いられるテクノロジーはまだ初期段階にあると言えます。ハイブリッドおよび電気自動車では、バッテリーシステムが重要な部品の1つです。バッテリーは毎日十分に使用できるだけの電力を供給し、10年以上の寿命を有し、可能な限り小型・軽量でありつつ、発火や有害物放出の危険性がないものでなければなりません。車両とバッテリーの寿命要件を満たすためには、厳しい動作温度範囲の下、バッテリーを維持することが重要になります。グローバル化の進行により、非常に広範囲の温度環境での車両走行を考慮する必要があります。課題はさらに広がっています。

技術課題

熱マネージメントは、バッテリーの性能、寿命、安全性に深く関わります。リチウムイオンバッテリーは、規定の温度限界の範囲内で作動しなければなりません(温度限界は15°~40°C。ただしセルモジュール内で2°C以内の温度変化が許容される)。バッテリーが作動する温度限界は、外気やその他の床下部品の温度とは大きく異なります。ハイブリッドまたは電気自動車では多くの場合、電気駆動モーターが車輪に配置されているため、バッテリーを搭載する場所に決まりはありませんが、通常、冷却流れが少ない密閉されている空間が選ばれます。長年に渡り蓄積されてきた、従来のバッテリー冷却に関するエンジニアリングの知識ベースはもはや適用外であり、開発に関わるエンジニアは、実用性がありコスト効率の高いソリューションを探し求めています。

ソリューション

弊社には、セル、モジュール、パッケージレベルで熱性能を評価することができる、バッテリーの熱マネージメントに対する包括的なソリューションがあります。PowerTHERMのオプションであるバッテリーセルモジュールでは、バッテリー電流の機能としてセル表面における2次元の温度分布を予測し、排熱のより正確な予測が可能です。バッテリーモジュールレベルでは、セルの温度分布を、PowerFLOWの高精度な非定常シミュレーションによるバッテリーモジュール内の冷却流れと連成することで、内部設計を最適化し、温度勾配を最小にすることができます。このような分析をバッテリーパック全体に対して行い、車両内の他の部品、およびバッテリーの動作を制御する電子システムとの熱相互作用を評価することができます。

弊社のバッテリー冷却ソリューションでは、以下が可能です。

  • 多様な運転条件の下、車両に実装されたバッテリーの熱性能を測定する
  • バッテリーモジュール/パッケージの設計を改善し、効率性を高める
  • 熱の動作範囲と他の要求事項(重量配分や空力抵抗など)とのトレードオフに対して、さまざまなバッテリーパッケージのコンセプトを迅速に分析する

EXA SOFTWARE USED FOR THIS APPLICATION

Simulation Preparation: 
Simulation: 
Results Analysis: