در سناریوهای ذخیره انرژی با چگالی بالا ، راندمان اتلاف گرما از باتری های لیتیوم سوار شده به طور مستقیم ایمنی و طول عمر آنها را تعیین می کند. هنگامی که چگالی قدرت یک کابینت منفرد از 5 کیلو وات به 20 کیلو وات پرش می کند ، اتلاف گرمای منفعل سنتی دیگر پایدار نیست. این صنعت در حال ارتقاء فناوری خنک کننده مایع ، الگوریتم های کنترل دما هوشمند و طراحی شبیه سازی حرارتی برای ساخت یک سیستم "اتلاف گرما ، پیشگیری ، کنترل دقیق" است ، به طوری که باتری می تواند دامنه کاری ایده آل 25-35 درجه را در کل چرخه زندگی خود حفظ کند ، و پشتیبانی انرژی پایدار را برای سناریوهای کلیدی مانند مراکز داده ها و پمپ های پایه ارتباطات فراهم می کند.
1 تکرار فناوری خنک کننده مایع: جهش کارآیی از صفحه سرد تا غوطه وری
خنک کننده مایع صفحه سرد در حال حاضر محلول اصلی است و هسته آن در "تماس دقیق" با منبع گرما قرار دارد. در داخل قفسه 19 اینچی ، صفحات سرد میکرو کانن مس به شدت به سمت ماژول باتری وصل شده اند و قطر کانال آن تنها 3 میلی متر است. خنک کننده (50 ٪ آب+50} ٪ اتیلن گلیکول) گرما را با سرعت جریان 0.8L در دقیقه حمل می کند. یک مارک خاص باتری لیتیوم سوار شده 20 کیلو وات ، این طرح را اتخاذ می کند ، با مقاومت حرارتی به 0.1 درجه در ساعت کاهش می یابد که 60 ٪ پایین تر از سیستم های سنتی خنک کننده هوا است. اختلاف دما باتری در طی کار بار کامل در 3 درجه کنترل می شود. به منظور جلوگیری از خطر نشت مایع ، صفحه سرد و ماژول با ژل رسانا حرارتی مهر و موم می شوند ، سطح حفاظت به IP65 می رسد و پس از 1000 ساعت آزمایش لرزش هیچ نشتی پیدا نمی شود.
خنک کننده مایع غوطه وری راه حل نهایی برای سناریوهای با قدرت بالا است. ماژول باتری را به طور کامل در مایع فلوئور شده غیر سازنده غوطه ور کنید ، که گرما را جذب می کند و آن را از طریق مبدل حرارتی خارجی خنک می کند. راندمان انتقال حرارت دو برابر صفحه سرد است. در یک کابینت ذخیره انرژی 40 کیلو وات از یک مرکز ابر رایانه خاص ، نقطه جوش مایع فلوئور به 60 درجه می رسد که می تواند از طریق تبخیر طبیعی مقداری گرمای خود را از بین ببرد. با کمک سیستم گردش خون پمپ ، مصرف انرژی کابینت (PUE) به 1.05 کاهش می یابد که 30 ٪ از انرژی بیشتر از یک صفحه سرد است. دشواری این فناوری در طراحی آب بندی نهفته است. کابینه یک پوسته از جنس استیل ضد زنگ جوش داده شده توسط لیزر را اتخاذ می کند و آزمایش فشار نشان می دهد که می تواند در برابر فشار داخلی 0.5MPa مقاومت کند و اطمینان حاصل می کند که مایع نشت نمی کند.
2 الگوریتم کنترل دما هوشمند: تکنیک تعادل دما با تنظیم پیش بینی
سیستم کنترل دمای پیش بینی مبتنی بر هوش مصنوعی ، اتلاف گرما را از "پاسخ منفعل" به "پیشگیری فعال" تغییر می دهد. این سیستم با تجزیه و تحلیل بیش از 100 پارامتر مانند شارژ باتری و میزان تخلیه ، دمای محیط و داده های فراری حرارتی تاریخی ، یک مدل پیش بینی رفتار حرارتی ایجاد می کند و قدرت اتلاف گرما را 15 دقیقه قبل تنظیم می کند. اندازه گیری واقعی یک ایستگاه پایه ارتباطی خاص نشان می دهد که این الگوریتم می تواند مصرف انرژی ناکارآمد سیستم خنک کننده را 40 ٪ کاهش دهد. هنگامی که اوج شارژ آینده پیش بینی می شود ، دمای خنک کننده از قبل از 2 درجه کاهش می یابد تا از افزایش ناگهانی دمای باتری جلوگیری شود.
فناوری تخصیص ترافیک پویا ، اصل "ارسال گرما در هر کجا که باشد" را تحقق می بخشد. هر شاخه از سیستم خنک کننده مایع مجهز به شیر تنظیم کننده الکتریکی است که به طور خودکار سرعت جریان را بر اساس دمای واقعی (دقت 0.5 درجه) هر ماژول تنظیم می کند. هنگامی که اختلاف دما از 3 درجه فراتر می رود ، تصحیح انحراف آغاز می شود. در یک خوشه ذخیره انرژی یک مرکز داده ، این تنظیم پویا اختلاف دما بین گرمترین و سردترین نقاط را از 8 درجه به 2 درجه کاهش می دهد و عمر چرخه باتری را 15 ٪ افزایش می دهد.
3 شبیه سازی حرارتی و بهینه سازی ساختاری: کاهش فشار اتلاف گرما از منبع
در مرحله طراحی ، فناوری شبیه سازی حرارتی به ابزاری قدرتمند برای "آزمایش مجازی و خطا" تبدیل شده است. با استفاده از نرم افزار CFD (دینامیک سیال محاسباتی) برای شبیه سازی توزیع میدان دما تحت تنظیمات مختلف سلولی و ساختارهای مجرای هوا ، می توان از قبل لکه های کور دفع گرما را تشخیص داد. هنگامی که یک تولید کننده خاص در حال توسعه ماژول باتری 3U بود ، از طریق شبیه سازی یافت شد که "چیدمان تنگ" سنتی باعث افزایش دما 5 درجه در منطقه مرکزی می شود. بنابراین ، آن را به یک "ترتیب مبهم" و کانال های جریان اضافه شده برای کنترل اختلاف دمای داخلی ماژول در 4 درجه تنظیم کرد و نیاز به اجزای اضافی اتلاف گرما را از بین برد.
نوآوری مواد ساختاری همچنین به اتلاف گرما کمک می کند. قاب قفسه از 6061 آلیاژ آلومینیوم ساخته شده است ، با هدایت حرارتی 160W/(M · K) ، که چهار برابر فولاد معمولی است. این می تواند به سرعت گرمای تولید شده توسط ماژول را به پوسته کابینت منتقل کند. پوسته ماژول باتری از پلاستیک رسانا از نظر حرارتی (با گرافن اضافه شده) ساخته شده است ، که نه تنها عایق را فراهم می کند بلکه باعث اتلاف گرما می شود و در نتیجه افزایش 50 درصدی راندمان اتلاف گرما در مقایسه با پلاستیک سنتی ABS ایجاد می شود. یک ماژول 2U خاص از این ترکیب مواد برای کاهش دما در 3 درجه در همان شرایط عملیاتی استفاده می کند ، بدون نیاز به منطقه اتلاف گرمای اضافی.
انقلاب اتلاف گرما از باتری های لیتیوم سوار شده در قفسه در واقع همکاری "نوآوری سخت افزار+اطلاعات نرم افزاری" است. هنگامی که سیستم خنک کننده می تواند به اندازه مکانیسم تنظیم دمای بدن دقیق و کارآمد باشد ، چگالی انرژی و ایمنی باتری های لیتیوم دیگر یک تناقض نخواهد بود ، که نه تنها موانع فنی برای ذخیره انرژی با چگالی بالا را پاک می کند ، بلکه باتری های لیتیوم نصب شده را نیز قادر می سازد تا از برنامه ریزی انعطاف پذیر انرژی توزیع شده به روشی قابل اطمینان تر به صورت اینترنت انرژی پشتیبانی کند.