Cuando el "gran tamaño" de la celda se convierte en consenso, la "fortaleza" del Pack se transforma en un nuevo campo de batalla

La industria del almacenamiento de energía está entrando en una era de gran aumento de la capacidad de las celdas, y la transición de 280Ah a más de 500Ah ya es una realidad en curso. Mientras la industria se centra en el "tamaño" de las celdas, la "fortaleza" del Pack, es decir, su capacidad de soporte estructural mecánico y de gestión segura, se está convirtiendo en un nuevo foco competitivo. Independientemente de cómo evolucionen el sistema químico y la capacidad de las celdas, sus fuerzas de expansión, la energía de fuga térmica y las cargas mecánicas, en última instancia, deben ser soportadas por el chasis inferior del Pack, que constituye la base mecánica.

Este artículo explorará, desde la perspectiva del diseño estructural, cómo el chasis inferior del Pack puede satisfacer las diversas necesidades mecánicas y de gestión térmica en el contexto de la divergencia de las rutas tecnológicas de las celdas, y cómo construir capacidades de ingeniería adaptables de manera sostenible.

1- Análisis Mecánico de las Tres Principales Rutas Tecnológicas: El Trilema de Carga, Calor y Espacio

El aumento de la capacidad de las celdas cambia directamente las condiciones límite del diseño del sistema del Pack. Como el "esqueleto" y la "piel" del sistema, el chasis inferior necesita responder de nuevo a tres preguntas fundamentales:

a. Análisis Mecánico de la ruta de 587Ah (Alta Integración)

Demanda central: Lograr una densidad de energía ≥6 MWh dentro de un contenedor estándar de 20 pies, lo que impulsa diseños extremadamente compactos como "4 columnas y 8 clústeres comunes".

Desafíos para el chasis inferior:

· Optimización del soporte estructural: Con un aumento de la masa total y una reducción de los puntos de apoyo, el chasis necesita optimizar las rutas de transferencia de carga, equilibrando la rigidez global con la resistencia local en áreas críticas, para garantizar la estabilidad estructural durante el transporte y la operación.

· Integración estructural de la gestión térmica: El sistema de refrigeración líquida se integra profundamente con la placa base del chasis y las estructuras de soporte, actuando como núcleo de la gestión térmica y participando en el soporte estructural general. El diseño debe garantizar la confiabilidad y durabilidad del sellado del sistema de enfriamiento bajo cargas estructurales a largo plazo y ciclos térmicos.

Figura 1: Simulación del chasis inferior de un Pack de almacenamiento de energía.

· Coordinación precisa del espacio: El chasis debe reservar espacios adecuados dentro de un espacio limitado para la expansión de las celdas, el desplazamiento térmico de las conexiones eléctricas y las tuberías de protección contra incendios, logrando una coexistencia confiable de todos los subsistemas en un diseño compacto.

b. Análisis Térmico y Estructural Correspondiente de la Ruta de 684Ah (Capacidad Ultra Alta)

Demanda central: Minimizar el costo por Wh maximizando la capacidad de celda individual, pero generando efectos de concentración a nivel físico.

Desafíos para el chasis inferior:

· Efecto "focal" de la fuerza de expansión: La fuerza de expansión de una celda individual no tiene una relación lineal con su capacidad, sino que se acerca a un crecimiento exponencial. El marco interno del chasis requiere un sistema de "contención" más robusto y uniforme, para distribuir el estrés concentrado de expansión a través de todo el chasis y evitar deformaciones plásticas locales.

· Dilema de la "uniformidad" en la gestión térmica: Un cuerpo de mayor generación de calor requiere rutas de conducción térmica más eficientes. El material, el grosor de la placa base del chasis y el diseño de la interfaz de contacto con la parte inferior de la celda (como la tasa de compresión establecida para las almohadillas térmicas) se vuelven cruciales. En caso de fuga térmica, una mayor liberación de energía plantea mayores exigencias a la capacidad de dirección del flujo de los canales de alivio de presión y a la duración de la resistencia al fuego de los cortafuegos internos.

· Respuesta estructural a la concentración de peso: Celdas individuales más pesadas alteran los modos de vibración general del Pack. El chasis inferior requiere nuevas simulaciones de fatiga para evitar la resonancia a frecuencias específicas, lo que podría provocar el aflojamiento de conectores o el agrietamiento estructural.

c. Explicación de Adaptación de Fabricación de la Ruta de 392Ah (Transición Robusta)

Demanda central: Se centra en lograr un equilibrio entre rendimiento, costo y eficiencia de entrega, proporcionando al mercado soluciones completamente validadas.

Desafíos para el chasis inferior:

· Implementación estable de soluciones maduras: Basándose en sistemas de diseño y procesos validados, garantizar la consistencia del producto mediante un control estricto del proceso de fabricación, apoyando un ritmo de producción en masa rápido y estable.

· Sinergia profunda de la cadena de suministro: Apoyándose en un sistema de suministro maduro, mejorar continuamente la competitividad del costo integral del producto mediante la selección de materiales, la optimización de procesos y las compras a gran escala.

2- Mentalidad de Ingeniería para Enfrentar la Divergencia:

Ante múltiples rutas tecnológicas, los proveedores de chasis inferiores no pueden reconstruir su sistema tecnológico para cada una. La solución real radica en una respuesta precisa basada en plataformas: adaptarse eficientemente a diferentes necesidades mediante un diseño modular escalable.

a. Enfocarse en los Principios Físicos y Modos de Colaboración Comunes

La iteración de celdas sigue leyes físicas estables. Basándonos en parámetros clave, establecemos un proceso de evaluación colaborativa que, combinado con datos de materiales y estructuras, permite juzgar rápidamente la viabilidad de nuevas celdas, identificar riesgos de compatibilidad en etapas tempranas, ayudar a converger en una dirección de diseño y reducir iteraciones posteriores.

Figura 2: Chasis inferior de Pack de almacenamiento de 587Ah

b. Construir un Sistema Flexible de "Interfaz Estándar + Módulos Configurables"

Para satisfacer las demandas de personalización derivadas de la divergencia de rutas tecnológicas, hemos establecido un sistema de diseño claro con interfaces estandarizadas y módulos internos configurables:

· Interfaces externas unificadas: Los puntos de instalación y posicionamiento del chasis con el contenedor de almacenamiento, las interfaces de penetración eléctrica y los puntos de conexión del sistema de refrigeración siguen estrictamente las especificaciones comunes de la industria, garantizando compatibilidad a nivel de sistema y consistencia en el ensamblaje.

· Estructura interna configurable: Ofrecemos una serie de componentes de soporte interno y soluciones integradas de gestión térmica que pueden combinarse flexiblemente según el tamaño y la disposición de las celdas.

· Módulo integrado de gestión térmica: El módulo de gestión térmica emplea un diseño modular, centrado en optimizar el control del aumento de temperatura y la uniformidad térmica de las celdas, permitiendo adaptarse flexiblemente a las necesidades de gestión térmica de diferentes rutas tecnológicas.

c. Implementar Líneas de Producción Flexibles con un Enfoque de "Fabricación como Diseño"

Para adaptarnos a la diversidad de rutas tecnológicas, nuestro sistema de fabricación se organiza en torno a una plataforma base escalable y un ensamblaje modular:

· Fabricación de la plataforma base del chasis: Garantiza la precisión y consistencia de la estructura principal, proporcionando un soporte confiable para diferentes configuraciones.

· Unidades de ensamblaje modular: Permiten seleccionar y ensamblar de manera flexible los módulos de soporte interno y gestión térmica correspondientes, según el tamaño y disposición de las celdas. Con esta configuración, podemos realizar cambios eficientes en la producción de productos de diferentes rutas tecnológicas dentro de la misma línea, ayudando a los clientes a enfrentar los desafíos de cadena de suministro y entrega que surgen del desarrollo paralelo de múltiples rutas.

3- Redefinición del Valor del Chasis Inferior: De Soporte Pasivo a Capacitación Activa

El chasis inferior está evolucionando de un contenedor pasivo a un componente clave que capacita activamente al sistema, impactando directamente la seguridad, la densidad de energía y el costo de todo el ciclo de vida:

a. Estructura de Soporte de Seguridad: Proporciona canales estructurales confiables y una base de instalación para el alivio de presión a nivel del sistema y los cortafuegos, construyendo conjuntamente una protección de seguridad multinivel junto con el control de propagación térmica.

b. Soporte de Densidad de Energía: El diseño liviano y de alta resistencia reduce su propio peso y ocupación de espacio, dejando más margen de rendimiento para las celdas y el sistema de refrigeración.

c. Garantía de Confiabilidad a Largo Plazo: La integridad estructural y el diseño de durabilidad a la fatiga permiten que el sistema enfrente desafíos continuos como ciclos prolongados y vibraciones durante el transporte.

4- Conclusión: Construyendo un Puente entre una Cadena de Suministro Divergente y una Demanda Final Determinada

Con la evolución de la tecnología de celdas, los sistemas de almacenamiento de energía continúan persiguiendo seguridad, alta densidad y bajo costo. El chasis inferior debe proporcionar una base de soporte confiable y adaptable, respondiendo a diferentes rutas tecnológicas mediante modularidad y fabricación flexible. La competencia en la industria se está desplazando hacia la ingeniería a nivel de sistemas, y el chasis del Pack es un eslabón clave dentro de este proceso.

Actualizaremos periódicamente la información y las tecnologías relacionadas con el diseño térmico y la reducción de peso. Gracias por su interés en Walmate.