(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項７】
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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９７８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（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。
【０００８】
（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。
【０００９】
（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。
【００１０】
（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。
【００１１】
（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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電池パックの模式的な全体構成図である。
【図２】（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。
【図３】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。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
［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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
［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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
［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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
【数１】
0006610330.tif 000002
【００４４】
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。
【００４５】
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Ｃijk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。
【００４６】
【数２】
0006610330.tif 000003
【００４７】
係数Ｃijk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Ｃijk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Ｃijk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Ｃijkには番号ｋも付いている。
【００４８】
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Ｃijkを算出する。
【００４９】
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。
【００５０】
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Ｃijk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Ｃijk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Ｃijk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Ｃijkが算出される。
【００５１】
予測部１７ｄは、係数Ｃijk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。
【００５２】
【数３】
0006610330.tif 000004
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
［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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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Ｃijk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。
【００６０】
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。
【００６１】
［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Ｃijk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Ｃijk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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
（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Ｃijk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Ｃijk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。
【００６６】
（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Ｃijk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。
【００６７】
［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。
【００６８】
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。
【符号の説明】
【００６９】
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）
Ｔij  セル温度
Ｔij0  基準状態のセル温度
Ｔijp  配風口４ｐを塞いだ閉鎖状態のセル温度
ｍk  配風率（冷熱量）
ｍk0  基準状態の配風率
ｍkp  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）
ｎk  所定の配風率
ｎｔk  目標配風率
ｍk′  新形状ダクトの配風率
【図１】
0006610330.tif 000005
【図２】
0006610330.tif 000006
【図３】
0006610330.tif 000007
【図４】
0006610330.tif 000008