تتطلب أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات ذات الجهد العالي مكونات حماية موثوقة لإدارة الظروف الكهربائية غير الطبيعية.

مع استمرار مشاريع أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات في زيادة الجهد والسعة، يصبح تصميم الحماية أكثر تعقيدًا. ولا يقتصر اختيار المصهر المناسب على مطابقة جهد النظام وتيار التشغيل فحسب، بل يحتاج المهندسون أيضًا إلى تقييم تيار العطل المحتمل وقدرة المصهر على قطع التيار في الحالات غير الطبيعية بأمان.

ومن بين هذه العوامل، يعد تيار الدائرة القصيرة أحد أهم المعايير التي تؤثر على اختيار مصهر التيار المستمر.

لماذا يُعد تيار قصر الدائرة مهمًا في أنظمة تخزين طاقة البطاريات؟

تخزن أنظمة البطاريات كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية، مما يعني أن حالة العطل يمكن أن تطلق تيارًا كبيرًا في غضون فترة قصيرة.

قد ينتج قصر الدائرة عن:

• أعطال البطارية الداخلية
• تلف عزل الكابل
• تلف المكونات
• توصيلات غير صحيحة
• أعطال كهربائية خارجية

خلال هذه الأحداث، يجب أن يستجيب جهاز الحماية بسرعة كافية للحد من الأضرار التي تلحق بما يلي:

• خلايا البطارية
• قضبان التوصيل
• معدات تحويل الطاقة
• التوصيلات الكهربائية

لهذا السبب، يعد فهم تيار قصر الدائرة المتوقع خطوة أساسية في اختيار مصهر البطارية المناسب.

لا يُعد التيار المقنن العامل الوحيد لاختيار المصهر

من الأخطاء الشائعة في تصميم الحماية اختيار المصهر وفقًا لتيار التشغيل العادي فقط.

على سبيل المثال، لا يعني تشغيل النظام عند 300 أمبير بالضرورة أن يكون المصهر 300 أمبير هو الخيار الصحيح دائمًا.

يعتمد اختيار الفيوز أيضًا على:

• تيار التشغيل المستمر
• ظروف التحميل الزائد المؤقتة
• بيئة درجة الحرارة
• طريقة التركيب
• مستوى تيار العطل
• القدرة المطلوبة على المقاطعة

يجب أن يوفر جهاز الحماية تشغيلاً موثوقاً به خلال الظروف العادية، مع الاستجابة بأمان أثناء حدوث الأعطال.

العلاقة بين تيار قصر الدائرة وقدرة القطع

تُعد قدرة القطع معيارًا حاسمًا بالنسبة لصمامات التيار المستمر المستخدمة في أنظمة تخزين الطاقة ذات الجهد العالي.

عند حدوث ماس كهربائي، يجب أن يقوم المصهر بفصل تيار العطل بأمان.

إذا تجاوز تيار العطل المتوقع قدرة المصهر، فقد لا يوفر جهاز الحماية المستوى المطلوب من الحماية.

لذلك، يحتاج المهندسون إلى تقييم ما يلي:

• أقصى تيار عطل ممكن
• جهد النظام
• قدرة قطع الصمامات
• شروط التقديم

تضمن قدرة القطع المناسبة أن يتمكن المصهر من عزل الدائرة بأمان في ظل الظروف غير الطبيعية.

اختيار المصهرات عبر تطبيقات أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات المختلفة

قد تتعرض أجزاء مختلفة من نظام تخزين طاقة البطارية لظروف كهربائية مختلفة.

حزمة البطارية ومستوى الرف

على مستوى حزمة البطارية أو الرف، يجب أن تأخذ الصمامات في الاعتبار خصائص الطاقة لوحدات البطارية الفردية.

تشمل العوامل المهمة ما يلي:

• تكوين البطارية
• تيار العطل المتاح
• بنية الاتصال
• البيئة الحرارية

الهدف هو حماية أقسام البطارية الفردية مع الحفاظ على توافر النظام.

تطبيقات صناديق الجهد العالي

يعمل صندوق الجهد العالي كنقطة اتصال مهمة بين أنظمة البطاريات ومعدات الطاقة الخارجية.

غالباً ما يتطلب تصميم الحماية في هذا المجال التنسيق بين:

• صمامات التيار المستمر
• موصلات التيار المستمر
• دوائر الشحن المسبق
• أنظمة المراقبة

يجب أن يعمل المصهر بالتنسيق مع مكونات التبديل لتوفير عزل موثوق به أثناء الظروف غير الطبيعية.

حماية جانبية للتيار المستمر PCS

يتطلب اتصال التيار المستمر بين نظام البطارية ونظام التحكم في الطاقة مراعاة الحماية المناسبة.

ينبغي مراعاة ما يلي عند اختيار المصهر:

• مستوى جهد التيار المستمر
• التيار التشغيلي الحالي
• خصائص تيار العطل
• التنسيق مع متطلبات PCS

تساعد الحماية المناسبة في تقليل تأثير الأعطال على كل من أنظمة البطاريات ومعدات تحويل الطاقة.

معايير أخرى تؤثر على اختيار الصمامات

إلى جانب تيار قصر الدائرة، يحتاج المهندسون أيضًا إلى تقييم العديد من المعايير الإضافية.

جهد النظام

يجب أن يتوافق تصنيف جهد المصهر مع الحد الأقصى لجهد التيار المستمر للتطبيق.

تتطلب أنظمة الجهد العالي صمامات التيار المستمر المصممة لضمان قطع التيار بشكل موثوق في ظل الظروف الكهربائية المقابلة.

خصائص I²t

تمثل قيمة I²t الطاقة المنبعثة أثناء حدوث عطل قبل انقطاع التيار.

بالنسبة للمكونات الكهربائية الحساسة، يمكن أن يساعد التحكم في الطاقة المتسربة في تقليل الأضرار المحتملة لما يلي:

• أجهزة أشباه الموصلات
• توصيلات البطارية
• الموصلات الكهربائية