はじめに
電気自動車の性能向上に伴い、バッテリ使用時の電力消費による発熱が増加するため、冷却検討が重要な設計課題となっています。本事例ではフィン付きヒートシンク形状の放熱効果確認、検討を実施した結果を紹介します。
対象はバッテリのフィン付きラジエータ構造とし、熱交換効率向上を図りました。作業手順として、フルパラメトリック化されたバッテリフィンラジエータモデルを作成、CAEソフトウェア連携設定後、自動最適化を実施しました。
CAESESR®によるフルパラメトリックモデリング
フィンの長さ、幅および配置角を設計変数として検討します。
フィンの長さ変更 フィンの幅変更 フィンの配置角変更
計算条件
1.物理モデル:
二次元
定常計算
流体構造連成解析(固体領域:銅、流体領域:空気)
乱流モデル:k-e標準
2.計算格子:
非構造格子
格子数は約50,000
3.境界条件
メッシュ生成、ソルバーおよびポスト処理ツールとの連携設定を行い、解析結果に基づいて形状モデルを自動的に調整します。
CFDとの連携設定
最適化アルゴリズム
平均固体温度を目的関数とし、フィンの長さ、幅、設置角度についてまずは実験計画法(Sobol, 50ケース)を実行し、感度を確認しました。
CAESES®で設計変数を制御することで、様々なモデルを作成することが出来ます。実験計画法(Sobolアルゴリズムなど)に加えて、単目的/多目的最適化アルゴリズム(勾配降下法、遺伝的アルゴリズムNSGA-II、MOSAアルゴリズムなど)も利用が可能です。
フィンの検討結果(実験計画法、一部結果抜粋)
フィンの検討結果(実験計画法、一部結果抜粋)
まとめ
CAESES®の強力なパラメトリックモデリング機能を用いてヒートシンクフィンの形状寸法、設定角度を自動制御し、最適探索を行った。
同じ流体条件、熱条件において実験計画法を用い、局所最大温度は2℃下がり、平均温度は48℃から38℃に減少した。
実験計画法(Sobol)を用い、フィンサイズ、設置角度が放熱能力に影響していることが分かった。