تتجه أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) نحو مستويات جهد أعلى وسعات أكبر لتلبية متطلبات التطبيقات السكنية والتجارية والصناعية وتطبيقات الطاقة المتجددة.

مع ازدياد قدرة النظام، يصبح تصميم الحماية أكثر تفصيلاً. تواجه أجزاء مختلفة من البنية الكهربائية ظروف تيار مختلفة وسيناريوهات أعطال متباينة، مما يعني ضرورة اختيار مكونات الحماية وفقًا لتطبيقها المحدد.

تُعدّ صمامات البطاريات عنصر حماية هام في أنظمة التيار المستمر عالية الجهد. ولا يقتصر استخدامها على موقع واحد، بل يمتد عبر مراحل مختلفة من بنية تخزين الطاقة.

دور صمامات البطارية في بنى تخزين الطاقة

قد يتضمن نظام تخزين الطاقة النموذجي للبطاريات ذات الجهد العالي ما يلي:

• خلايا ووحدات البطاريات
• رفوف البطاريات
• صناديق الجهد العالي
• أنظمة تحويل الطاقة (PCS)
• توصيلات توزيع التيار المستمر

لكل قسم خصائص كهربائية مختلفة.

على سبيل المثال، قد تتعرض الدوائر الموجودة على جانب البطارية لتيارات أعطال عالية بسبب الطاقة المخزنة داخل خلايا البطارية، في حين أن التوصيلات الموجودة على جانب PCS قد يكون لها متطلبات مختلفة تتعلق بتحويل الطاقة وتشغيل النظام.

لذلك، يجب أن يأخذ اختيار صمامات البطارية في الاعتبار موضع التركيب الفعلي وظروف التشغيل.

تطبيقات صمامات البطاريات في حزم البطاريات وحواملها

تُعد حماية حزمة البطارية ومستوى الرف أحد أكثر التطبيقات شيوعًا لصمامات البطارية.

في هذا المستوى، يساعد المصهر على حماية دوائر البطارية من ظروف التيار غير الطبيعية ويحد من تأثير الأعطال داخل الأقسام الفردية.

تشمل الاعتبارات الرئيسية ما يلي:

• مستوى جهد البطارية
• تيار التشغيل المستمر
• قدرة تحمل تيار قصر الدائرة
• الظروف الحرارية
• بيئة التركيب

يساعد اختيار المصهر المناسب على منع حدوث عطل في أحد أقسام البطارية من التأثير على نظام تخزين الطاقة بأكمله.

تطبيقات صمامات البطارية في صناديق الجهد العالي

صندوق الجهد العالي (HV Box) هو نقطة اتصال رئيسية بين أنظمة البطاريات ومعدات الطاقة في اتجاه التيار.

بحسب تصميم النظام، قد تتضمن صناديق الجهد العالي ما يلي:

• موصلات التيار المستمر
• دوائر الشحن المسبق
• مكونات الحماية
• واجهات المراقبة

يجب أن تعمل صمامات البطارية المستخدمة في تطبيقات صناديق الجهد العالي جنبًا إلى جنب مع مكونات التبديل والتحكم.

بينما توفر موصلات التيار المستمر اتصالاً وعزلاً متحكماً بهما أثناء التشغيل العادي، توفر صمامات البطارية حماية سريعة عند حدوث ظروف تيار غير طبيعية.

يُعد التنسيق بين هذه المكونات أمراً بالغ الأهمية للحفاظ على تشغيل النظام بشكل آمن وموثوق.

حماية مصهر البطارية على جانب التيار المستمر PCS

يُعد الاتصال بين نظام البطارية ونظام تحويل الطاقة (PCS) نقطة حماية مهمة أخرى.

يتولى نظام تحويل الطاقة (PCS) إدارة تحويل الطاقة بين طاقة التيار المستمر للبطارية وأنظمة طاقة التيار المتردد، مما يجعل الحماية الموثوقة لجانب التيار المستمر أمرًا ضروريًا.

يتطلب اختيار الصمامات لواجهات PCS مراعاة ما يلي:

• جهد التشغيل المستمر
• الخصائص الحالية
• قدرة قطع الأعطال
• متطلبات تنسيق النظام

يساعد استخدام مصهر تيار مستمر مناسب في حماية كل من نظام البطارية ومعدات تحويل الطاقة المتصلة به.

المعايير الرئيسية لاختيار صمامات البطارية

على الرغم من أهمية موقع التطبيق، إلا أن المهندسين يحتاجون أيضًا إلى تقييم العديد من المعايير الكهربائية عند اختيار صمامات البطارية.

تصنيف الجهد

يجب أن يتطابق تصنيف جهد المصهر مع أقصى جهد تشغيل لنظام البطارية.

مع اعتماد أنظمة تخزين الطاقة على بنى ذات جهد أعلى، يصبح من الضروري استخدام صمامات التيار المستمر ذات الجهد العالي لتوفير حماية موثوقة في ظل الظروف الصعبة.

التصنيف الحالي

ينبغي اختيار التصنيف الحالي بناءً على ظروف التشغيل الفعلية وليس فقط على القيم الاسمية للنظام.

تشمل العوامل التي يجب مراعاتها ما يلي:

• تيار الشحن والتفريغ المستمر
• خصائص الحمل
• درجة الحرارة المحيطة
• ظروف تشغيل النظام

قدرة التحمل

يمكن لأنظمة البطاريات أن تطلق طاقة كبيرة بسبب الأعطال نتيجة لسعتها الكهربائية المخزنة.

يجب أن تكون قدرة قطع الصمامات مناسبة لتيار العطل المتوقع لضمان انقطاع آمن أثناء الظروف غير الطبيعية.

التنسيق بين صمامات البطارية ومكونات الحماية الأخرى

تعتبر صمامات البطارية جزءًا من نظام الحماية الكهربائية الكامل.

في تطبيقات تخزين الطاقة ذات الجهد العالي، يعتمد التشغيل الموثوق على التنسيق بين:

• صمامات البطارية
• موصلات التيار المستمر
• أنظمة إدارة البطاريات (BMS)
• أنظمة تحويل الطاقة
• أنظمة المراقبة والتحكم

يؤدي كل مكون وظيفة مختلفة.

على سبيل المثال:

• توفر الصمامات حماية سريعة ضد التيار الزائد؛
• توفر الموصلات تحكمًا في التبديل والعزل؛
• يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) بمراقبة حالة البطارية وإدارة تشغيل النظام.

تساهم هذه المكونات مجتمعة في دعم تصميمات أنظمة تخزين الطاقة الأكثر أمانًا وموثوقية.

دعم تطوير أنظمة تخزين الطاقة عالية الجهد الموثوقة

مع استمرار أنظمة تخزين الطاقة في زيادة الجهد وسعة الطاقة، أصبحت متطلبات الحماية أكثر تحديدًا للتطبيقات.

تظل صمامات البطارية مكونًا مهمًا في مختلف مراحل بنية نظام تخزين الطاقة بالبطاريات، بدءًا من رفوف البطاريات وحتى توزيع الجهد العالي ووصلات نظام تحويل الطاقة.

يساعد فهم بيئة التطبيق والمتطلبات الكهربائية المهندسين على اختيار حلول الحماية المناسبة لأنظمة تخزين الطاقة المختلفة.