إرشادات هندسية عملية لاختيار طوبولوجيا الأسلاك، وتحديد حجم الموصلات ووسائل الحماية، وبناء بنوك بطاريات موثوقة لأنظمة العالم الحقيقي

إن توصيل البطاريات هو أكثر من مجرد عملية توصيل أسلاك - إنه قرار التصميم الوحيد الذي يحدد جهد النظام والطاقة القابلة للاستخدام وسلوك الشحن والمخاطر التشغيلية. سواء كنت تقوم بتجميع بنك البطاريات بالنسبة لمصفوفة شمسية أو حزمة محرك كهربائي أو نظام احتياطي صناعي أو أسطول من الآلات المتنقلة، يجب أن يكون الاختيار بين الأسلاك المتسلسلة والمتوازية (أو مزيج من الاثنين معاً) مدعوماً بالأساسيات الكهربائية وهندسة السلامة والقيود التشغيلية الواقعية. يشرح هذا الدليل المفاضلات، ويقدم أفضل الممارسات الملموسة للتركيب والحماية، ويوضح كيفية تحويل الكيمياء والخلايا إلى ما يمكن التنبؤ به أنظمة الطاقة.

الأساسيات بعبارات واضحة

توصيل البطاريات في السلسلة يزيد من جهد النظام: قم بتوصيل الطرف الموجب لبطارية واحدة بالطرف السالب للبطارية التالية، وتزيد الفولتية بينما تظل سعة الأمبير/ساعة (Ah) كما هي. السلسلة هي الطريقة التي تصل بها إلى جهد ناقل أعلى تتطلبه العديد من العاكسات ومحركات الجر.

توصيل البطاريات في موازٍ زيادة السعة: ربط جميع الأجزاء الموجبة معًا وجميع الأجزاء السالبة معًا؛ يظل الجهد مساويًا لبطارية واحدة بينما تتدرج الأمبيرات المتاحة في الساعة (وقدرة التيار القصوى) مع عدد السلاسل المتوازية. التوازي هو الخيار القياسي عندما يكون وقت التشغيل هو الهدف الأساسي.

تجمع العديد من الأنظمة الحقيقية بين الأمرين: يتم وضع الخلايا أو الوحدات أولاً في سلسلة للوصول إلى الجهد المستهدف ثم يتم وضع سلاسل متسلسلة متطابقة بالتوازي للوصول إلى السعة المطلوبة. هذه الطوبولوجيا الهجينة قوية ولكنها أيضًا الأكثر تطلبًا للهندسة الدقيقة.

المفاضلات الرئيسية والنتائج العملية

• الجهد مقابل التيار: يقلل الجهد العالي من التيار لنفس الطاقة، مما يسمح بأحجام موصلات أصغر وخسائر أقل في I²R. وعلى العكس من ذلك، تتطلب الأنظمة ذات الجهد المنخفض والتيار العالي كابلات أكثر سمكًا وقضبان توصيل أثقل.

• أنماط الفشل: في سلسلة متسلسلة، يمكن لخلية واحدة ضعيفة أو فاشلة أن تحد من السلسلة بأكملها أو تعطلها؛ وفي السلسلة المتسلسلة، يمكن لخلية واحدة ضعيفة أن تقلل من السعة ولكن البنك يستمر في العمل في كثير من الأحيان. وهذا يشكل استراتيجيات التكرار والصيانة.

• متطلبات الموازنة ونظام إدارة المباني: تتطلب السلاسل المتسلسلة موازنة الخلايا النشطة أو السلبية ومراقبة كل خلية لمنع اختلال التوازن؛ وتتطلب المجموعات المتوازية مطابقة دقيقة للمقاومة الداخلية وحالة الشحن عبر الوحدات لتجنب تعطل التيار. يعد نظام إدارة البطارية القوي (BMS) إلزاميًا للحزم متعددة الخلايا.

تحديد أحجام الموصلات وأجهزة الحماية - قواعد عامة ملموسة

1. تحديد الحد الأقصى للتيار المستمر من أهداف الطاقة والجهد (I = P / V). استخدم هذا لتحديد AWG الكابل والحماية القابلة للانصهار، مع إضافة هامش أمان (عادةً 25-40%) لزيادات بدء التشغيل ومشتقات درجة الحرارة المحيطة.

2. تصنيف تيار الدائرة القصيرة: تأكد من أن الصمامات والقواطع لديها قدرات مقاطعة كافية لتيارات الأعطال المحتملة. يمكن أن تفشل أجهزة الحماية المبالغ في تقديرها في إزالة الأعطال بسرعة؛ ويمكن أن تتسبب أجهزة الحماية المبالغ في تقديرها في حدوث تعثر مزعج. التوازن ضروري.

3. أسلاك متساوية الطول للسلاسل المتوازية: داخل بنك متوازي، حافظ على أطوال الوصلات البينية والمقاومات متساوية بحيث تتقاسم كل سلسلة تيار الحمل بالتساوي. تُترجم التباينات الصغيرة إلى تيارات دائرية في الحالة المستقرة وتقادم غير متساوٍ.

4. عزم الدوران وجودة الطرفية: أحكم ربط أطراف التوصيل وفقًا لمواصفات عزم دوران الشركة المصنعة واستخدم العروات المجعدة المناسبة؛ حيث تصبح الوصلات المفكوكة نقاطًا ساخنة عالية المقاومة تسرع من التقادم وتخاطر بحدوث أحداث حرارية.

مطابقة البطاريات - مبدأ تصميم غير قابل للتفاوض

يؤدي خلط البطاريات الجديدة والقديمة، أو الخلايا ذات تصنيفات Ah مختلفة، أو الوحدات ذات المقاومات الداخلية المتباينة إلى اختلال التوازن والإجهاد المفرط والفشل المبكر. احرص دائمًا على الحصول على خلايا أو وحدات متطابقة لسلاسل متسلسلة ومطابقة سلاسل متسلسلة بعناية قبل الموازاة. إذا كان يجب عليك الجمع بين الوحدات، فقم بإجراء بروتوكول تكييف وموازنة صارم تحت إشراف نظام إدارة المباني أو المورد لتقليل الاختلال الأولي.

استراتيجية الشحن مهمة - CC-CV واختيار الشاحن

تتصرف البطاريات الموصولة في سلسلة كخلية واحدة ذات جهد أعلى أثناء الشحن؛ يجب أن توفر أجهزة الشحن نقطة ضبط الجهد الكلي الصحيحة والتبديل من التيار المستمر (CC) إلى الجهد الثابت (CV) في النقطة المناسبة. تشترك البنوك المتوازية في شحن التيار ولكنها تحتاج إلى إدارة الشحن التي تمنع زيادة أو نقصان شحن سلسلة واحدة. اختر أجهزة الشحن التي تم تصنيفها لتناسب الطوبولوجيا والكيمياء وتأكد من أن نظام إدارة الشحن BMS يتحكم في الإنهاء والموازنة. تعد أجهزة الشحن غير المناسبة أو ملفات الشحن المتجاهلة من بين الأسباب الأكثر شيوعًا للتدهور المبكر.

الإدارة الحرارية والتخطيط الميكانيكي

تعمل الكثافات الحالية العالية والوحدات المعبأة بإحكام وسوء التهوية على تسريع ارتفاع درجة الحرارة وتقليل العمر الافتراضي. صمم مسارات تدفق الهواء أو مسارات التوصيل حول الخلايا والوحدات النمطية؛ ضع في اعتبارك الحواجز الحرارية بين الوحدات النمطية المتسلسلة لمنع الانتشار في حالة حدوث عطل غير محتمل. يجب أن يمنع التركيب الميكانيكي الاهتزازات والصدمات التي يمكن أن تسبب قصورًا داخليًا أو إجهاد الموصل.

حماية السلامة - ما يجب تضمينه

• الدمج في كل سلسلة (أو حماية مكافئة) بحيث لا تؤدي سلسلة واحدة معطلة إلى حدوث عطل كارثي في بقية البنك.

• قطع على مستوى BMS للجهد الزائد، والجهد المنخفض، والتيار الزائد، والحرارة الزائدة، والحرارة الزائدة مع أقفال بينية مستقلة للأجهزة حيثما أمكن.

• العزل والتخليص لأعلى جهد ناقل موجود في النظام؛ اتبع المعايير الإقليمية ومعايير المعدات الخاصة بالتجويف والتحمل.

• الصيانة الدورية والتسجيل:: الفحوصات الدورية لعزم الدوران، والمسح الحراري للنقاط الساخنة، ومراجعة القياس عن بُعد لنظام إدارة المباني لمعرفة اتجاهات المقاومة والاختلال.

قائمة مراجعة التشغيل التجريبي (الخطوات الأساسية قبل الاستخدام الأول)

1. تحقق من جهد كل بطارية/وحدة ومقاومتها الداخلية؛ ارفض أو افصل القيم المتطرفة.

2. قم بتأكيد جميع قيم عزم الدوران الطرفية ولباس الكابل.

3. التحقق من صحة اتصالات نظام إدارة المباني، والإنذارات؛ تشغيل دورة تحقق من الشحن/التفريغ المتحكم به.

4. اختبار الصمامات/القواطع والتأكد من تشغيل أجهزة العزل.

5. قم بتوثيق التكوين وأرقام الأجزاء والمسلسلات للضمان المستقبلي وتخطيط دورة الحياة.

نصيحة التصميم النهائية: فكر في الأنظمة، وليس في الأسلاك

طوبولوجيا الأسلاك هي قرار نظامي يربط بين التصميم الكهربائي والهندسة الحرارية وكيمياء البطاريات وممارسات الصيانة. إن بنوك البطاريات الأكثر أمانًا والأكثر متانة هي تلك المصممة بشكل كلي: وحدات متطابقة، وطوبولوجيا مناسبة للمهمة (سلسلة للجهد، ومتوازية للسعة)، وموصلات ذات حجم مناسب والحماية، ونظام إدارة أداء قادر، وتشغيل ومراقبة منضبطة. حدد الشفافية من البائعين - اطلب أوراق البيانات التي تتضمن المقاومة الداخلية وملفات الشحن الموصى بها ومخططات الأسلاك الموصى بها - وتعامل مع هذه المستندات كجزء من العقد، وليس كقراءة اختيارية.

عندما تتوافق هذه الأجزاء مع بعضها البعض، فإن بنك البطاريات المجهز بشكل جيد يوفر طاقة موثوقة ونوافذ صيانة يمكن التنبؤ بها ومرونة تشغيلية تتطلبها المشاريع الحديثة.