에너지 저장 시스템이 더 큰 용량과 더 높은 에너지 밀도로 발전함에 따라, 에너지 저장 배터리 인클로저의 크기 일치 및 호환성 설계는 시스템 효율성과 안정성을 개선하는 데 핵심 문제가 되었습니다. 이 기사에서는 최신 엔지니어링 설계 사례, 특허 기술, 업계 동향을 결합하여 공간 활용, 모듈 호환성, 배터리 셀 배열 및 지원 설계의 세 가지 측면에서 분석을 실시했습니다.

1-공간 활용 최적화

통합 에너지 저장 시스템의 공간 활용도 향상은 본질적으로 기술 반복과 시나리오 요구 사항의 양방향 추진입니다. 대용량 배터리 셀, 모듈형 아키텍처, 액체 냉각 통합과 같은 기술의 협력적 혁신을 통해 업계는 "대규모 스태킹"에서 "극단적인 공간 재사용"으로 전환하고 있습니다.

a. 대용량 배터리 셀 적용: 에너지 밀도 및 효율 도약

아이디어 요약: 대용량 배터리 셀을 적용하는 본질은 배터리 팩의 내부 구조 수준을 낮추고 배터리 셀에서 배터리 팩까지의 공간 활용도를 직접적으로 개선하는 것입니다. 기존의 배터리 팩은 "배터리 셀 → 모듈 → 배터리 팩"의 3단계 통합 모드를 채택하였으며, 모듈 구조(크로스 빔, 세로 빔, 볼트 등)로 인해 공간 활용도가 낮습니다. 대용량 배터리 셀은 단일 셀의 길이를 늘리거나 부피를 늘려 모듈 수준을 건너뛸 수 있으며, CTP(Cell to Pack) 기술을 사용하여 배터리 셀을 배터리 팩에 직접 통합할 수 있습니다.

기술 핵심: 600Ah+ 초대형 배터리 셀을 사용하여 배터리 셀 수와 연결 지점을 줄이고 단일 셀 용량을 늘렸습니다.

b. 공간 재사용 및 비용 최적화: "구성요소 스태킹"에서 "다차원 재사용"까지

아이디어 요약: 공간 재사용과 비용 최적화는 동전의 양면이며, 근본적인 논리는 구조적 단순화, 기능적 통합, 재료 반복 및 표준화된 설계를 통해 기존 에너지 저장 시스템의 물리적 및 비용적 경계를 허무는 것입니다.

공간 재활용의 핵심은 구조적 위계를 극도로 단순화하여 중간 링크를 줄이는 것입니다. 예를 들어: 2-in-1 고전압 박스 설계: Jiangsu Trina Energy Storage의 특허 기술은 두 개의 고전압 박스를 하나로 결합하여 전체 양극/음극 릴레이와 전기 연결을 공유하고, 차지하는 수평 공간을 30% 줄이고 전기 부품 비용을 15% 절감합니다.

기능 모듈의 도메인 간 재사용, 구조 부품과 방열 채널의 통합(예: 액체 냉각판을 상자의 바닥판과 통합하고, 액체 냉각 파이프와 구조 지지대 사이의 공간을 공유하여 독립적인 방열 구성 요소를 15% 줄임) 배터리 셀 본체를 구조적 부품으로 사용: BYD Blade Battery는 길고 얇은 배터리 셀 측벽을 통해 지지력을 제공하고, 모듈 프레임을 없애고, 공간 활용도를 60~80%까지 높입니다.

고전압 캐스케이드 토폴로지와 같은 전기적 토폴로지의 심층적 최적화를 통해 단일 셀의 용량과 전압 레벨을 높여 병렬 회로의 개수를 줄이고(예: 화웨이의 스마트 스트링 에너지 저장 장치), 배터리 스택의 물리적 공간을 20% 줄이고 시스템 응답 시간을 50% 단축합니다. ; 공유 릴레이 설계, Jiangsu Trina Energy Storage의 2-in-1 고전압 박스는 두 개의 라인이 동일한 릴레이를 공유할 수 있도록 하여 릴레이 수와 케이블 길이를 50% 줄이고 설치 효율성을 30% 향상시킵니다.

2-배터리 셀 배열 및 지지 설계: 하중 지지, 방열 및 진동 저항 균형

셀 배열의 핵심은 공간 활용, 열 분배, 기계적 안정성 간의 게임입니다. 세포의 물리적 형태와 배열 방향은 공간 채우기 효율에 직접적인 영향을 미칩니다.

a. 배터리 셀 배열 최적화

역전형 배터리 셀 설계: 배터리 셀 방폭 밸브가 아래쪽을 향하도록 설계되어 열 폭주 배기와 바닥 볼 방지 공간을 공유하여 배터리 셀 높이 공간을 확보하고 용량 활용률을 달성합니다.

누워있는 셀 레이아웃: 배터리 팩의 높이 방향으로 공간 활용을 최적화하고, 활성 물질의 비율을 늘리고, 수직 셀보다 훨씬 더 높은 부피 활용을 달성합니다.

초장형, 초박형 배터리 셀: 배터리 셀을 길고 얇게 설계하여 단위 부피당 배터리 셀의 개수를 줄였고, 이를 통해 그룹화 효율을 향상시켰습니다.

b. 방열과 하중 지지의 결합 설계: 구조, 재료 및 공정의 협업적 혁신을 통해 효율적인 방열과 구조적 강도의 이중 최적화를 달성하는 것을 목표로 합니다.

구조 설계 경로:

액체 냉각판과 지지 빔의 적형 설계와 같은 일체형 구조: 액체 냉각 채널을 알루미늄 합금 지지 빔에 내장하여 독립형 구성 요소를 줄이고 공간 활용도를 향상시킵니다.

배터리 팩, 액체 냉각 시스템, BMS를 여러 겹 쌓아서 열 흐름과 기계적 응력 간의 상호 간섭을 줄이는 계층화 및 구획화된 레이아웃;

벌집/골판지 구조와 같은 생체 기계적 최적화, 알루미늄 합금 지지 프레임에 벌집이나 골판지 코어 층을 설계(예: Mufeng.com의 특허 솔루션), 변형을 통해 진동 에너지를 흡수하는 동시에 열 방출 경로를 최적화합니다.

재료 혁신 경로:

열전도도와 하중 지지의 통합, 예: 알루미늄 합금 복합 섬유 재료(열전도도 ≥ 200 W/m·K, 강도 +30%) 스마트 소재, 상변화 충진층(PCM)은 열을 흡수하고 천천히 방출하며, 온도 차이는 ±1.5℃입니다. 가벼운 댐핑: 탄력 있는 실리콘 쿠션 층이 진동을 흡수합니다(댐핑 +40%).

프로세스 구현 경로:

압출 성형과 같은 정밀 성형 공정: 복잡한 유동 채널을 갖춘 알루미늄 합금 액체 냉각 빔을 제조하는 데 사용됩니다.

알루미늄 합금 표면에 세라믹 산화막을 생성하여 내식성(염수분무시험 ≥ 1000h)을 향상시키고 방열효율을 높이는(표면 방사율 20% 증가) 표면처리 기술

지능형 조립 프로세스와 동적 예압 조정, 예를 들어 압력 센서와 전기 액추에이터를 통합하여 볼트 예압(5-20kN)을 실시간으로 조정하여 배터리 셀의 과압 손상을 방지합니다.

c. 지지 구조의 하중 지지 및 진동 저항의 조화로운 설계: 지지 시스템은 정적 하중 지지(배터리 셀 무게 + 스태킹 압력)와 동적 진동 저항(운송/지진 충격)의 두 가지 요구 사항을 충족해야 합니다.

3-모듈성 및 호환성: 표준화된 인터페이스 및 확장 가능한 아키텍처

다양한 크기의 배터리 셀에 적응하기 위해 표준화된 인터페이스를 사용하는 핵심은 기계, 전기 및 열 관리의 협업적 혁신을 통해 통합 플랫폼에서 배터리 셀 사양을 유연하게 확장하는 것입니다. 현재 기술은 정적 호환성에서 동적 조정으로 전환되었으며, 미래에는 지능화, 경량화, 여러 시나리오 간의 통합을 향해 발전할 것입니다.

a. 기계 구조의 협력적 혁신:

기계적 인터페이스 표준화: 균일한 연결 장치 치수 정의.

모듈식 배터리 팩/캐비닛 설계: 확장 가능한 모듈과 배터리 캐비닛은 표준화된 배터리 장치(예: 280Ah 및 314Ah 셀)를 통해 구축되어 다양한 용량 요구 사항에 대한 유연한 조합을 지원합니다.

그림 1-280Ah 에너지 저장 배터리 인클로저

b. 전기 시스템의 동적 조정

BMS 호환성과 같은 표준화된 통신 프로토콜 및 인터페이스: 다양한 제조업체의 PCS 및 배터리 셀과의 원활한 연결을 지원하기 위해 통합된 BMS(배터리 관리 시스템) 통신 프로토콜을 공식화합니다. 가상 관성 제어와 다중 시간 규모 최적화 알고리즘을 통한 동적 전력 조절로 유효/무효 전력을 실시간으로 조정합니다. 적응형 전기 매개변수 매칭 설계.

c. 열 관리 시스템의 지능형 적응

난연성 고탄성 폼, 열전도성 접착제 및 기타 재료를 셀 수준에서 사용하여 단열 및 방열 요구 사항을 균형 있게 조절하고 열 확산을 억제하는 계층적 열 관리 솔루션입니다. 모듈 수준의 통합 액체 냉각판과 열 절연 층을 통합하여 설계하여 사이클 수명을 향상시킵니다. 시스템 수준에서는 가변 주파수 압축기와 여러 개의 냉장 분기를 통해 냉각 용량을 동적으로 조정합니다.

지능형 모니터링 및 예측, 다중 센서 융합. 온도 센서는 배터리 셀 극과 넓은 표면과 같은 주요 위치에 배치되어 고정밀 온도 수집을 달성합니다. 디지털 트윈 기술은 클라우드 모니터링과 예측적 유지 관리를 통해 실시간으로 방열 전략을 최적화합니다.

4-결론

에너지 저장 배터리 인클로저 공간의 최적화는 단일 구조적 개선에서 다차원적 협력적 혁신으로 전환되었습니다.

탄소섬유 박스 + CTP기술 + AI 레이아웃 알고리즘을 결합하는 등 소재, 구조, 알고리즘의 융합이 주류가 될 것입니다.

모듈화와 표준화가 가속화되고 있으며, Pack을 가장 작은 기능 단위로 하는 표준화된 설계가 산업의 비용을 절감하고 효율성을 높이는 데 기여할 것입니다.

열 관리와 공간 활용이 긴밀하게 통합되어 있으며, 침지 액체 냉각과 동적 온도 제어 기술이 우주의 잠재력을 더욱 발휘합니다.

당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다.Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다.