SBDプロダクツサービス部
CASE
近年、電気自動車の普及が進んでおり、Teslaや日産の電気自動車が走っているのをよく見かけます。街中には充電ポートも見受けられるようになりました。
電気自動車の充電についてですが、高出力であるほど短時間で充電が終わります（急速充電）。例えば、Tesla Model Sの急速充電（スーパーチャージャー）は最大250kWで充電でき、所要時間は20分もかかりません*(1)。
ただし、急速充電には充電ガンの効率的な放熱設計が必要となります。高出力での充電になるほどジュール発熱が増大し、充電効率の低下、部品の損傷や火傷の危険があるためです。
そこで今回は、Simcenter FLOEFDを用いて充電ガンの熱流体解析を行い、冷却の効果を検討した事例を紹介いたします。
解析モデルを図1に示します。計算負荷低減のため、計算領域は図１右上で示す充電ガン周辺のみとしました。
表３にメッシュ数と計算所要時間を示します。また、図２に計算で使用したメッシュを示します。
図３に冷却無しの場合、図４に冷却有りの場合の温度分布をピンとケースの最高温度と併せて示します。
 |
 |
| ピン最高温度：155℃ | ピン最高温度：58℃ |
| ケース最高温度：149℃ | ケース最高温度：47℃ |
| 図３：冷却なし | 図３：冷却あり |
今回の解析事例では、電気自動車の充電ガンを対象とした熱流体解析を行いました。急速充電時のジュール発熱を再現し、冷却の効果を把握することができました。
次の検討では、冷却液の各種パラメータを変化させ、所定電流値での充電に必要な冷却の設計要件を検討したいと思います。
(1) Tesla スーパーチャージャー（別サイトへ遷移します）
Tesla スーパーチャージャー
[From Rafael Stevenson, Kouta Sugahara]
| 解析タイプ | 定常解析、重力、外部流れ |
|---|---|
| 雰囲気空気温度[℃] | 20 |
| 冷却液温度[℃] | 20 |
| 冷却液流量[L/min] | 4.0 |
| 充電時の電流値[A] | 350 |
| 接触抵抗[Ω] | 0.055 |
| メッシュ数[個] | 100万 |
|---|---|
| 計算所要時間[min] | 20 |
| 使用ソフト | Simcenter FLOEFD エレクトロニクスモジュールオプション |
|---|---|
| 計算所要時間 | 20分 |
| CPU | Intel(R) Core(TM) i9-10885H @ 2.40GHz |
| RAM | 32.0GB |
| 冷却液密度[kg/m3] | 1050 |
|---|---|
| 冷却液粘度[Pa・s] | 0.0018 |
| 冷却液比熱[J/(kg・K)] | 3300 |
| 冷却液熱伝導率[W/(m・K)] | 0.45 |
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