في سيناريوهات تخزين الطاقة عالية الكثافة ، تحدد كفاءة تبديد الحرارة لبطاريات الليثيوم المثبتة على الرف مباشرة سلامتها وعمرها. عندما تقفز كثافة الطاقة لخزانة واحدة من 5 كيلو وات إلى 20 كيلو وات ، لم يعد تبديد الحرارة السلبي التقليدي مستدامًا. تقوم هذه الصناعة بترقية تكنولوجيا التبريد السائل ، وخوارزميات التحكم في درجة الحرارة الذكية ، وتصميم المحاكاة الحرارية لبناء نظام تبديد حراري "التحكم الدقيق ، الدقيق" ، بحيث يمكن للبطارية الحفاظ على نطاق عمل مثالي من 25 إلى 35 درجة طوال دورة حياته ، مما يوفر دعمًا مستقرًا للطاقة للسيناريوهات الرئيسية مثل مراكز البيانات ومقاطع الاتصال.
1 تكرار تقنية التبريد السائل: قفزة الكفاءة من الصفيحة الباردة إلى الانغماس
يعد التبريد السائل للوحة الباردة هو الحل السائد حاليًا ، ويقع جوهره في "ملامسة دقيقة" مع مصدر الحرارة. داخل رف 19 بوصة ، يتم ربط ألواح البرد النحاسية النحاسية بإحكام على جانب وحدة البطارية ، بقطر قناة 3 مم فقط. يحمل المبرد (50 ٪ من الماء +50 ٪ الإيثيلين جليكول) الحرارة بمعدل تدفق 0.8L/دقيقة. تعتمد علامة تجارية معينة من بطارية الليثيوم المثبتة على رف 20 كيلو وات هذا التصميم ، مع تقليل المقاومة الحرارية إلى 0.1 درجة /واط ، وهو أقل بنسبة 60 ٪ من الأنظمة التقليدية المبردة بالهواء. يتم التحكم في اختلاف درجة الحرارة في البطارية في غضون 3 درجة أثناء تشغيل الحمل الكامل. من أجل تجنب خطر التسرب السائل ، يتم إغلاق اللوحة الباردة والوحدة باستخدام هلام موصل حراري ، ويصل مستوى الحماية إلى IP65 ، ولا يوجد أي تسرب بعد 1000 ساعة من اختبار الاهتزاز.
يعد التبريد السائل الغمر هو الحل النهائي لسيناريوهات الطاقة العالية. انغمس في وحدة البطارية تمامًا في السائل غير الموصل المفلور ، والذي يمتص الحرارة ويبردها من خلال مبادل حراري خارجي. كفاءة نقل الحرارة هي ضعف كفاءة صفيحة باردة. في خزانة تخزين الطاقة 40KW في مركز معين من الحاسبات الخارقة ، تصل نقطة الغليان لسائل الفلور إلى 60 درجة ، مما قد يسلب بعض الحرارة من خلال التبخر الطبيعي. بمساعدة نظام دوران المضخة ، يتم تقليل استهلاك الطاقة في الخزانة (PUE) إلى 1.05 ، وهو أكثر كفاءة في الطاقة بنسبة 30 ٪ من لوحة البرد. تكمن صعوبة هذه التكنولوجيا في تصميم الختم. تتبنى الخزانة قذيفة من الفولاذ المقاوم للصدأ ملحومة بالليزر ، ويظهر اختبار الضغط أنه يمكنه تحمل ضغط داخلي قدره 0.5 ميجا باسكال ، مما يضمن عدم تسرب السائل.
2 خوارزمية التحكم في درجة الحرارة الذكية: تقنية توازن درجة الحرارة مع التنظيم التنبئي
ينقل نظام التحكم في درجة الحرارة التنبؤية القائم على الذكاء الاصطناعي تبديد الحرارة من "الاستجابة السلبية" إلى "الوقاية النشطة". ينشئ النظام نموذجًا للتنبؤ بالسلوك الحراري من خلال تحليل أكثر من 100 معلمة مثل شحن البطارية وتفريغها ، ودرجة الحرارة المحيطة ، والبيانات الهاربة الحرارية التاريخية ، وضبط طاقة تبديد الحرارة قبل 15 دقيقة. يوضح القياس الفعلي لمحطة قاعدة اتصال معينة أن هذه الخوارزمية يمكن أن تقلل من استهلاك الطاقة غير الفعال لنظام التبريد بنسبة 40 ٪. عندما يتم التنبؤ بذروة الشحن القادمة ، يتم تخفيض درجة حرارة سائل التبريد بمقدار 2 درجة مسبقًا لتجنب ارتفاع درجة حرارة البطارية المفاجئة.
تدرك تقنية تخصيص حركة المرور الديناميكية مبدأ "إرسال الحرارة أينما كانت". تم تجهيز كل فرع من فروع نظام التبريد السائل بصمام تنظيم كهربائي ، والذي يقوم تلقائيًا بضبط معدل التدفق بناءً على درجة حرارة الوقت الفعلي (دقة ± 0.5 درجة) لكل وحدة. عندما يتجاوز اختلاف درجة الحرارة 3 درجة ، يتم بدء تصحيح الانحراف. في مجموعة تخزين الطاقة في مركز البيانات ، يقلل هذا التعديل الديناميكي من اختلاف درجة الحرارة بين أكثر النقاط الأكثر سخونة وأبرد من 8 درجة إلى 2 درجة ، ويمتد عمر دورة البطارية بنسبة 15 ٪.
3 المحاكاة الحرارية والتحسين الهيكلي: تقليل ضغط تبديد الحرارة من المصدر
في مرحلة التصميم ، أصبحت تقنية المحاكاة الحرارية أداة قوية لـ "التجربة والخطأ الافتراضي". باستخدام برنامج CFD (ديناميات السوائل الحسابية) لمحاكاة توزيع حقل درجة الحرارة تحت ترتيبات خلايا مختلفة وهياكل قناة الهواء ، من الممكن اكتشاف البقع العمياء تبديد الحرارة مسبقًا. عندما تقوم شركة تصنيع معينة بتطوير وحدة بطارية 3U ، تم العثور على محاكاة أن "الترتيب الضيق" التقليدي سيؤدي إلى زيادة درجة حرارة 5 درجات في المنطقة المركزية. لذلك ، تم ضبطه على "ترتيب متداخل" وقنوات التدفق المضافة للتحكم في اختلاف درجة الحرارة الداخلية للوحدة في غضون 4 درجة ، مما يلغي الحاجة إلى مكونات تبديد الحرارة إضافية.
يساهم ابتكار المواد الهيكلية أيضًا في تبديد الحرارة. يتكون إطار الرف من سبيكة الألومنيوم 6061 ، مع توصيل حراري قدره 160 واط/(م · ك) ، وهو أربعة أضعاف من الصلب العادي. يمكنه نقل الحرارة التي تم إنشاؤها بواسطة الوحدة إلى قشرة الخزانة بسرعة ؛ تتكون قشرة وحدة البطارية من البلاستيك الموصل حرارياً (مع الجرافين المضافة) ، والتي لا توفر عزلًا فحسب ، بل تؤدي أيضًا إلى تسريع تبديد الحرارة ، مما يؤدي إلى زيادة بنسبة 50 ٪ في كفاءة تبديد الحرارة مقارنة بالبلاستيك التقليدي ABS. تستخدم وحدة 2U معينة مجموعة المواد هذه لتقليل درجة الحرارة بمقدار 3 درجة في ظل نفس ظروف التشغيل ، دون الحاجة إلى منطقة تبديد حرارة إضافية.
ثورة تبديد الحرارة لبطاريات الليثيوم المثبتة على الرف هي في الأساس تعاون "ابتكار الأجهزة+ذكاء البرمجيات". عندما يكون نظام التبريد دقيقًا وفعالًا مثل آلية تنظيم درجة حرارة الجسم ، فإن كثافة الطاقة وسلامة بطاريات الليثيوم لن تكون بمثابة تناقض ، مما لا يزيل الحواجز التقنية لتخزين الطاقة عالي الكثافة ، ولكنه يتيح أيضًا بطاريات الليثيوم المثبتة على الرف لدعم الجدولة المرنة للطاقة الموزعة بطريقة أكثر موثوقية.