در سناریوهای محدود شده فضا مانند مراکز داده و ایستگاه های پایه ارتباطی ، "چگالی بالا" باتری های لیتیوم سوار شده قفسه نه تنها به معنای چگالی انرژی بالاتر است ، بلکه هنر تعادل استفاده از فضا و ایمنی اتلاف گرما را نیز آزمایش می کند. تولید کنندگان جهانی ضمن حفظ عملکرد پایدار از طریق انتخاب سلول ، بهینه سازی ساختاری و اتلاف گرما ، چگالی انرژی 1U از 2 کیلووات ساعت به 5 کیلووات ساعت را افزایش داده اند. این پیشرفت فناوری در حال تعریف مجدد مرزهای کاربرد ذخیره انرژی مدولار است.
1 نوآوری در سطح سلول: یک پیشرفت اساسی در تراکم انرژی
مسیر "لیتیوم آهن فسفات+طراحی پوسته نازک" توسط تولید کنندگان چینی. باتری نصب شده با 3U با نام تجاری خاص از 21700 سلولهای فسفات آهن لیتیوم (چگالی انرژی 260WH/کیلوگرم) استفاده می کند ، که در مقایسه با سلولهای سنتی 18650 افزایش ظرفیت 50 ٪ دارد. ضخامت پوشش سلول باتری از 0.3 میلی متر به 0.2 میلی متر (با استفاده از آلیاژ آلومینیوم با استحکام بالا) کاهش یافته است. در حالی که از استحکام فشاری اطمینان حاصل می شود ، تعداد سلولهای خوشه ای منفرد 20 ٪ افزایش یافته است ، در نتیجه چگالی انرژی 150WH/L در فضای 3U ، که 30 ٪ بیشتر از نسل قبلی است. با استفاده از "چیدمان لانه زنبوری" (با شکاف سلول 0.5 میلی متر) و قرار دادن سلول های بیشتر در همان حجم ، ظرفیت کل یک قفسه 42U از 200 کیلووات ساعت فراتر رفت.
مسیر "Ternary Lithium+Soft Pack Technology" شرکت های ژاپنی و کره ای. باتری نصب شده قفسه 2U که توسط سامسونگ راه اندازی شده است از سلولهای سه گانه بسته (NCM811) با چگالی انرژی 300WH/کیلوگرم استفاده می کند. چین و چروک داخلی سلول ها از طریق فناوری لمینیت از بین می روند و میزان استفاده از حجم را به 85 ٪ افزایش می دهند. طراحی خلاقانه "ادغام رایگان پوسته" آن: سلولهای باتری بسته نرم به طور مستقیم به صفحه اتلاف حرارت آلومینیوم متصل می شوند و پوسته سنتی فولادی را از بین می برند و وزن را 15 ٪ کاهش می دهند. چگالی انرژی یک ماژول 1U به 180 ساعت در لیتر می رسد و باعث می شود سناریوهای ایستگاه پایه ارتباطی حساس به وزن مناسب باشد.
2 بهینه سازی ساختاری: استخراج سطح میلی متر از راندمان استفاده از فضا
طرح "انباشت مدولار" در اروپا. باتری قفسه "Lego Style" که توسط یک سازنده آلمانی ساخته شده است ، به هر ماژول 1U اجازه می دهد تا به طور مستقل وصل و جدا شود. از طریق طراحی دقیق راه آهن راهنما (با خطای 0.1 میلی متر پوند) ، ترکیبی بدون درز بین ماژول ها حاصل می شود و از زباله های فضایی ناشی از اتصالات کابل سنتی جلوگیری می شود. پانل پشتی از میله های مس یکپارچه (ضخامت 2 میلی متر) به جای کابل استفاده می کند ، مقاومت را 50 ٪ کاهش می دهد و 30 ٪ از فضای پشتی را صرفه جویی می کند و ظرفیت نصب مؤثر قفسه 42U را 10 ٪ افزایش می دهد. در یک مرکز داده در فرانکفورت ، این طرح چگالی ذخیره انرژی را از 5 کیلووات ساعت در متر ² به 7 کیلووات ساعت در متر افزایش داد.
ساختار "جدایی راهرو سرد و گرم" در ایالات متحده. برای سناریوهای شارژ و تخلیه با قدرت بالا ، یک باتری قفسه خاصی سلولهای باتری را به دو قسمت تقسیم می کند: قسمت فوقانی (دما<35 ℃) is used for charging, the lower part (temperature<40 ℃) is used for discharging, and the middle is isolated by a heat-insulating plate (thermal conductivity of 0.02W/(m · K)). Combined with the "side in side out" airflow design, the heat dissipation efficiency is improved by 40%. At a 1C charge discharge rate, the temperature difference of the battery cell is controlled within 3 ℃, which is 60% smaller than the traditional structure, ensuring safety during high-density operation.
3 نوآوری اتلاف گرما: فناوری کنترل دما در چگالی بالا
فناوری "مایع خنک شده مایع" چین. باتری نصب شده قفسه 4U که توسط Huawei تعبیه شده است ، لوله های آلومینیومی میکرو کانن (قطر داخلی 3 میلی متر) را بین سلولهای باتری تعبیه کرده و از گردش خون محلول اتیلن گلیکول برای اتلاف گرما استفاده می کند ، با یک قدرت دفع گرمای ماژول واحد 500W. الگوریتم "کنترل دمای دقیق" آن ، سرعت جریان را با توجه به دمای هر سلول باتری (فرکانس نمونه برداری 1KHz) تنظیم می کند و سرعت جریان را در سطح نقطه داغ 30 ٪ افزایش می دهد ، به طوری که حداکثر دمای قفسه 42U در هنگام تخلیه در 2C از 45 درجه تجاوز نمی کند ، که 10 درجه پایین تر از محلول هوا است. استفاده از یک مرکز ابر رایانه خاص نشان می دهد که این فناوری عمر چرخه باتری را تا 8000 بار گسترش می دهد ، که 25 ٪ بیشتر از خنک کننده هوا است.
محلول کم هزینه هند "اتلاف گرمای طبیعی+خنک کننده منفعل". برای اتاق های رایانه ای کوچک و متوسط در مناطق گرمسیری ، یک باتری رک 1U که توسط یک سازنده خاص ساخته شده است ، طرح "پوسته توخالی+ماده تغییر فاز" را اتخاذ می کند: این پوسته دارای سوراخ های اتلاف گرما به شکل لانه زنبوری (افزایش تهویه توسط 50 ٪) است ، و شکاف های سلولی با پارافین پر می شود (نقطه ذوب 38 درجه) ، که به طور خودکار از بین می رود و گرما را از بین می برد. اگرچه چگالی انرژی 20 ٪ پایین تر از محلول خنک کننده مایع است ، اما هزینه آن 40 ٪ کاهش می یابد. در یک ایستگاه پایه ارتباطی در دهلی نو ، دمای کار در تابستان زیر 50 درجه پایدار است و نیازهای اصلی استفاده را برآورده می کند.
ادغام با چگالی بالا باتری های لیتیوم سوار شده از قفسه از "انباشت ساده" به "بهینه سازی سیستم" در حال تغییر است. در آینده ، با استفاده از باتری های حالت جامد (چگالی انرژی 500WH/kg) و ساختارهای اتلاف حرارت بیومیمیک (تقلید از مسیر جریان هوا از لانه زنبوری) ، انتظار می رود چگالی انرژی یک قفسه 1U از 8kWh فراتر رود ، در حالی که به دست آوردن گرمای منفعل با "فن های صفر و صفر مایع خنک کننده" با صرفه جویی در مصرف انرژی و انرژی بیشتری برای ذخیره سازی است.