Lorsque le « grand » de la cellule devient consensus, le « robuste » du Pack devient le nouveau champ de bataille

L'industrie du stockage d'énergie entre dans une ère de bond en capacité des cellules, le passage de 280Ah à 500Ah+ étant une réalité en cours. Alors que le secteur se concentre sur le « grand » de la cellule, le « robuste » du Pack – c'est-à-dire sa capacité de portance mécanique et de gestion de la sécurité – devient le nouveau point de compétition. Quel que soit l'évolution de la chimie et de la capacité des cellules, leur force d'expansion, l'énergie de thermal runaway et les charges mécaniques doivent finalement être supportées par la caisse inférieure du Pack, cette fondation mécanique.

Cet article explorera, sous l'angle de la conception structurelle, comment la caisse inférieure du Pack peut répondre à des besoins mécaniques et de gestion thermique différenciés dans le contexte d'une divergence des routes technologiques des cellules, et construire des capacités d'ingénierie durablement adaptables.

1- Analyse mécanique des trois grandes voies technologiques : le dilemme triangulaire charge, chaleur et espace

L'augmentation de la capacité des cellules modifie directement les conditions aux limites de la conception du système Pack. La caisse inférieure, en tant que « squelette » et « peau » du système, doit reconsidérer trois questions fondamentales :

a. Analyse mécanique pour 587Ah (voie haute intégration)

Demande centrale : Atteindre une densité d'énergie ≥6MWh dans un conteneur 20 pieds standard, générant des agencements extrêmement compacts comme « 4 colonnes, 8 clusters ».

Défis pour la caisse inférieure :

· Optimisation de la portance structurelle : Avec une masse globale accrue et des points de support réduits, la caisse doit optimiser les chemins de transmission des forces, concilier rigidité globale et résistance locale des zones critiques, pour garantir la stabilité structurelle durant le transport et l'opération.

· Fusion structurelle avec la gestion thermique : Le système de refroidissement liquide est profondément intégré au plancher et aux structures de support de la caisse, servant à la fois de cœur de gestion thermique et participant à la portance globale. La conception doit garantir l'étanchéité durable et fiable du refroidissement sous les charges structurelles et les cycles thermiques à long terme.

Figure 1 : Simulation de la caisse inférieure d'un Pack de stockage

· Coordination spatiale précise : La caisse doit réserver des jeux appropriés dans l'espace limité pour l'expansion des cellules, le déplacement thermique des connexions électriques et les conduits de sécurité incendie, permettant la coexistence fiable de tous les sous-systèmes dans un agencement compact.

b. Analyse thermomécanique et structurelle correspondante pour 684Ah (voie très haute capacité)

Demande centrale : Réduire le coût par Wh en maximisant la capacité par cellule, mais cela entraîne un effet de concentration au niveau physique.

Défis pour la caisse inférieure :

· Effet « focal » de la force d'expansion : La force d'expansion d'une cellule unique n'augmente pas linéairement avec la capacité, mais de manière quasi exponentielle. Le cadre interne de la caisse nécessite la conception d'un « système de contention » plus puissant et uniforme pour disperser la contrainte d'expansion concentrée sur l'ensemble de la caisse, évitant la déformation plastique locale.

· Dilemme de « l'uniformité » en gestion thermique : Un corps chauffant plus grand nécessite des chemins de conduction thermique plus efficaces. Le matériau, l'épaisseur du plancher de la caisse, et la conception de l'interface de contact avec le fond des cellules (comme le taux de compression des pads thermiques) deviennent cruciaux. En cas de thermal runaway, la libération d'énergie plus importante impose des exigences plus élevées sur la capacité de guidage directionnel des voies de décharge de pression et la durée de résistance au feu des cloisons coupe-feu internes.

· Réponse structurelle à la concentration de masse : Des cellules individuelles plus lourdes modifient les modes de vibration globaux du Pack. La caisse inférieure nécessite une nouvelle simulation de fatigue pour prévenir le desserrage des fixations ou la fissuration structurelle due à une résonance à certaines fréquences.

c. Explication de l'adaptation manufacturière pour 392Ah (voie de transition robuste)

Demande centrale : Mettre l'accent sur l'équilibre entre performance, coût et efficacité de livraison, offrant au marché une solution pleinement validée.

Défis pour la caisse inférieure :

· Réalisation stable d'une solution mature : Basée sur un système de conception et de procédés validés, garantir l'uniformité du produit par un contrôle rigoureux des processus, soutenant un rythme de production rapide et stable.

· Collaboration approfondie de la chaîne d'approvisionnement : S'appuyer sur un système d'approvisionnement mature pour améliorer continuellement la compétitivité en coût global du produit via la sélection des matériaux, l'optimisation des processus et les achats à l'échelle.

2- Approche d'ingénierie face à la différenciation :

Face à des itinéraires technologiques multiples, un fournisseur de caisses inférieures ne peut reconstruire un système technique pour chaque voie. La véritable solution réside dans une réponse précise et plateforme – utilisant une conception modulaire évolutive pour s'adapter efficacement à différentes exigences.

a. Se concentrer sur les principes physiques communs et les modes de collaboration

L'itération des cellules suit des lois physiques stables. Nous basons notre processus d'évaluation collaborative sur des paramètres clés, intégrant des données sur les matériaux et la structure pour juger rapidement la faisabilité de nouvelles cellules, identifier les risques d'incompatibilité dès le début, aider à converger vers une direction de conception et réduire les itérations ultérieures.

Figure 2 : Caisse inférieure de Pack de stockage 587Ah

b. Construire un système flexible d'« interfaces standardisées + modules configurables »

Pour répondre aux besoins de personnalisation découlant de la différenciation des itinéraires technologiques, nous avons établi un système de conception clair avec des interfaces standardisées et une structure interne configurable en modules :

· Interfaces externes unifiées : Le positionnement d'installation de la caisse avec le conteneur de stockage, les passages électriques, les points de connexion du système de refroidissement, etc., suivent strictement les spécifications courantes du secteur, garantissant la compatibilité au niveau système et l'uniformité d'assemblage.

· Structure interne configurable : Nous fournissons une série de composants de support internes et de solutions intégrées de gestion thermique, pouvant être combinés avec flexibilité selon la taille et l'agencement des cellules.

· Module intégré de gestion thermique : Le module de gestion thermique adopte une conception modulaire, optimisée pour le contrôle de l'élévation de température et l'uniformité thermique des cellules, pouvant s'adapter avec flexibilité aux besoins de gestion thermique des différents itinéraires technologiques.

c. Mettre en œuvre des lignes de production flexibles suivant le principe de « la fabrication fait partie de la conception »

Pour correspondre à la diversité des itinéraires technologiques, notre système de fabrication est organisé autour d'une plateforme de base évolutive et d'un assemblage modulaire :

· Fabrication de la plateforme de caisse de base : Garantit la précision et l'uniformité de la structure principale, fournissant un support fiable pour différentes configurations.

· Unités d'assemblage modulaires : Permettent de choisir et d'assembler avec flexibilité les modules de support interne et de gestion thermique correspondants, en fonction de la taille et de l'agencement des cellules. Grâce à cette configuration, nous pouvons effectuer efficacement sur la même ligne de production le changement de fabrication pour des produits d'itinéraires technologiques différents, aidant ainsi nos clients à relever les défis de chaîne d'approvisionnement et de livraison liés au développement parallèle de multiples voies.

3- Redéfinition de la valeur de la caisse inférieure : De la portance passive à la capacité active

La caisse inférieure évolue d'un conteneur passif vers un composant clé d'aptitude systémique, influençant directement la sécurité, la densité d'énergie et le coût sur tout le cycle de vie :

a. Structure de portance sécuritaire : En fournissant des canaux structurels fiables et une base d'installation pour la décharge de pression au niveau système et les cloisons coupe-feu, elle contribue, avec le contrôle de la propagation thermique, à construire une protection de sécurité multiniveaux.

b. Support de la densité d'énergie : Une conception allégée et à haute résistance réduit son propre poids et son encombrement, laissant plus de marge de performance pour les cellules et le système de refroidissement.

c. Garantie de fiabilité à long terme : L'intégrité structurelle et une conception à la durabilité en fatigue permettent au système de faire face aux défis continus tels que les cycles de vie longs et les vibrations du transport.

4- Conclusion : Construire un pont entre l'amont différencié et l'aval déterminé

Alors que la technologie des cellules évolue, les systèmes de stockage d'énergie poursuivent inlassablement la sécurité, la haute densité et le faible coût. La caisse inférieure doit fournir une base de support fiable et adaptable, utilisant la modularité et une fabrication flexible pour répondre aux différents itinéraires technologiques. La concurrence dans le secteur se déplace vers l'ingénierie au niveau système, et la caisse du Pack en est un maillon essentiel.

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