ما هو تخزين الطاقة المعتمد على البطارية وتحليله؟-xmacey.com

مدونة

التصنيفات

مدونة

مدونة جديدة

العلامات

ما هو تخزين الطاقة المعتمد على البطارية وتحليله؟

November 28 , 2025

ما هو تخزين الطاقة المعتمد على البطارية وتحليله؟

نظرة عامة على حزمة بطارية تخزين الطاقة

تتكون حزمة بطارية تخزين الطاقة، والمعروفة أيضًا باسم وحدة البطارية أو حزمة البطارية، من خلايا مفردة متعددة متصلة على التوالي و/أو بالتوازي، ومتكاملة مع نظام إدارة البطارية (BMS) وميزات الحماية لتشكيل وحدة تخزين طاقة مستقلة وقابلة لإعادة الشحن.

في قطاع الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، نظرًا لانقطاع توليد الطاقة، تُعدّ حزم بطاريات تخزين الطاقة ضروريةً لتخزين فائض الكهرباء وإطلاقها عند الحاجة، مما يضمن استقرار إمدادات الطاقة. مع النمو السريع للطاقة المتجددة، يستمر الطلب على حزم بطاريات تخزين الطاقة في الارتفاع. على سبيل المثال، في محطات الطاقة الشمسية الكبيرة، يمكن لحزمة بطاريات التخزين تخزين عدة ميغاواط/ساعة من الكهرباء لدعم استقرار الشبكة.

في صناعة المركبات الكهربائية، تُعدّ وحدات تخزين الطاقة (PACKS) مصدر الطاقة الأساسي، حيث تُحدد مدى السيارة وأدائها. تُعدّ بطاريات أيون الليثيوم حاليًا الخيار الأمثل لمصادر طاقة المركبات الكهربائية نظرًا لكثافتها العالية من الطاقة وعمرها الافتراضي الطويل. قد تتجاوز سعة وحدات تخزين الطاقة (PACKS) المتطورة 100 كيلوواط/ساعة، مما يُتيح مدى قيادة يزيد عن 500 كيلومتر.

باختصار، تلعب بطاريات تخزين الطاقة دورًا محوريًا في أنظمة الطاقة المتجددة والمركبات الكهربائية. فهي تُحسّن كفاءة استخدام الطاقة، وتُقلّل الاعتماد على الوقود الأحفوري، وتُساهم بشكل فعّال في التنمية المستدامة.

1. اعتبارات التصميم وتحليل الحالة

1.1 اعتبارات التصميم الرئيسية

1.1.1 تصميم مقاوم للانفجار باستخدام فتحات PUW لتخفيف الضغط بسرعة

عندما تتعرض بطاريات الليثيوم للهروب الحراري، يرتفع الضغط الداخلي بشكل حاد، مما يُعرّضها لخطر الانفجار. توفر فتحات التهوية المقاومة للانفجار المصنوعة من مادة البولي يوريثان (PUW) تخفيفًا سريعًا للضغط لتجنب الأضرار الكارثية. في العديد من مشاريع تخزين الطاقة، نجحت بطاريات PACK المجهزة بفتحات تهوية من مادة البولي يوريثان (PUW) في منع الانفجارات أثناء حوادث الهروب الحراري، مما يضمن سلامة الأفراد والمعدات.

1.1.2 الحفاظ على توازن الضغط الداخلي والخارجي لضمان الموثوقية

تُسبب تقلبات درجة الحرارة أثناء دورات الشحن والتفريغ تغيرات في الضغط داخل العبوة. توفر صمامات PUW التهوية مع منع دخول الماء، مما يُحافظ على تساوي الضغط الداخلي مع الضغط المحيط. تتميز عبوات PACK المُصممة بهذه الميزة بانخفاض تدهور الأداء وتحسين الاستقرار على المدى الطويل.

1.1.3 تصميم نظام إدارة البطارية لضمان الحماية من الشحن الزائد والتفريغ الزائد

يُعدّ نظام إدارة البطارية (BMS) المُصمّم جيدًا ضروريًا للسلامة والمراقبة وتحسين الأداء. فهو يتحكّم في الشحن الزائد، والتفريغ الزائد، ودرجة الحرارة الزائدة، ودقة القياس، وموازنة الخلايا. كما تُمكّن تصميمات أنظمة إدارة البطارية المُتقدّمة من إدارة إجراءات الشحن والتفريغ بدقة، مما يُقلّل المخاطر.

1.1.4 التصميم الميكانيكي الذي يتناول القوة ومقاومة الاهتزاز والإدارة الحرارية

تشمل الاعتبارات الميكانيكية الرئيسية المتانة، ومقاومة الاهتزاز، والتدفئة/التبريد، والعزل المائي، والغبار. يضمن استخدام مواد عالية القوة وهياكل مُحسّنة المتانة تحت تأثير القوى الخارجية، بينما يُطيل تبديد الحرارة المُحسّن عمر البطارية وأدائها.

1.1.5 تصميم مقاوم للماء والاهتزاز لمنع الأضرار الهيكلية الداخلية

قد يحدث تماس كهربائي في خلايا الليثيوم المغمورة في السائل، مما يؤدي إلى تفريغ مستمر وتلف داخلي. يجب أن تضمن تصميمات PACK مقاومة كافية للماء (تصنيف IP) ومقاومة للاهتزازات، خاصةً في البيئات القاسية مثل المناطق الزلزالية أو المنشآت الخارجية.

1.1.6 إدارة درجة الحرارة لتحسين الأداء وطول العمر

درجة الحرارة عاملٌ رئيسي يؤثر على بنية PACK وأدائها. تؤثر الحرارة الزائدة على المقاومة الداخلية، والجهد، ودرجة حرارة الجسم (SOC)، والسعة المتاحة، والكفاءة، وعمر المنتج. تساعد الإدارة الحرارية الفعالة - مثل التبريد الهوائي أو السائل - في الحفاظ على درجات حرارة التشغيل المثلى.

1.1.7 اختيار المواد لضمان عزل الجهد العالي والقوة الهيكلية

يُعدّ العزل والقوة الميكانيكية أمرًا بالغ الأهمية. تُوفّر مواد النايلون المُقوّاة بألياف زجاجية بنسبة تتراوح بين 5% و45% قوة شد ومقاومة اهتزاز مُحسّنة، مما يضمن تشغيلًا آمنًا بجهد عالٍ وموثوقية هيكلية.

1.2 دراسات الحالة
1.2.1 تصميم ألواح التبريد السائل - الخصائص والاختيار

تُعد ألواح التبريد السائل ضرورية للإدارة الحرارية. توفر الأنواع المختلفة توازنًا بين الأداء والتكلفة. قد تختار التطبيقات عالية الأداء ألواح تبريد ممتازة، بينما قد تختار السيناريوهات الحساسة للتكلفة حلولاً أبسط

1.2.2 تحليل تصميم وحدة تخزين الطاقة LG و PACK

تتميز تصاميم إل جي بتمييز واضح بين خلايا الطاقة وخلايا الطاقة. هيكليًا، تستخدم إل جي وحدات صغيرة موحدة مُركّبة في وحدات أكبر، مما يوفر مرونةً وقابليةً للتوسع لأنظمة تخزين الطاقة المختلفة.

1.2.3 المحاكاة والبحث التجريبي حول التصميم الحراري لـ PACK

يجمع البحث المتقدم بين المحاكاة الحرارية والتجارب الفيزيائية لتحسين التصميم الحراري لـ PACK. تُراعي مناهج التحسين متعددة الأهداف السلامة والأداء والتكلفة، مما يُحسّن التجانس الحراري وموثوقية النظام.

2. المكونات والمعايير الفنية

٢.١ المكونات الرئيسية

٢.١.١ الخلايا المفردة - وحدات تخزين الطاقة
تشمل أنواع الخلايا الشائعة بطاريات أيون الليثيوم، وبطاريات الرصاص الحمضية، وبطاريات هيدريد النيكل والمعدن. تهيمن خلايا أيون الليثيوم على السوق نظرًا لكثافة الطاقة العالية وعمرها الافتراضي الطويل. تظل بطاريات الرصاص الحمضية قابلة للتطبيق في التطبيقات منخفضة التكلفة. تُقدر بطاريات هيدريد النيكل والمعدن في بعض القطاعات الحساسة للسلامة

٢.١.٢ نظام إدارة البطارية (BMS) —المراقبة والحماية
يراقب نظام إدارة البطارية الجهد والتيار ودرجة الحرارة، ويتحكم في الشحن والتفريغ، ويمنع الشحن الزائد والتفريغ الزائد والحمل الزائد، ويوفر التوازن. كما يتيح المراقبة عن بُعد والتواصل مع الأنظمة الخارجية.

2.1.3 نظام الإدارة الحرارية - الحفاظ على درجة الحرارة المثلى
تحافظ الأنظمة الحرارية (التبريد الهوائي، والتبريد السائل) على اتساق درجة حرارة PACK. يُفضّل التبريد السائل في تخزين الطاقة عالية الطاقة نظرًا لكفاءته العالية. الشرط النموذجي هو فرق في درجة الحرارة أقل من 5 درجات مئوية.

2.1.4 النظام الكهربائي - نقل وتوزيع الطاقة
تتضمن الحزمة الكهربائية أسلاكًا عالية الجهد ومنخفضة الجهد. تعمل كابلات الجهد العالي بمثابة شرايين للحزمة، بينما تعمل حزم الجهد المنخفض بمثابة الجهاز العصبي، حيث تنقل الإشارات وأوامر التحكم.

2.1.5 العلبة والإطار الهيكلي - الحماية والدعم
يحمي الغلاف المكونات من الصدمات الميكانيكية والاهتزازات والماء والغبار. يضمن الإطار الداخلي سلامة الهيكل ويُثبّت جميع المكونات بإحكام.

٢.٢ المعايير الفنية
٢.٢.١ السعة - قياس الطاقة المخزنة
تُقاس بوحدة أمبير/ساعة أو كيلوواط/ساعة. السعة الأعلى تعني طاقة مخزنة أكبر. مثال: يمكن لحزمة طاقة سعة ١٠٠ كيلوواط/ساعة أن تزود منزلًا بالطاقة لعدة أيام

2.2.2 كثافة الطاقة - مؤشر الأداء
كثافة طاقة أعلى تعني أداءً أفضل ووزنًا وحجمًا أقل. تتجاوز خلايا أيونات الليثيوم عالية الجودة 200 واط/كجم.

2.2.3 كفاءة الشحن/التفريغ - كفاءة تحويل الطاقة
عادةً ما تحقق بطاريات الليثيوم PACK كفاءةً تزيد عن 90%. وتُقلل الكفاءة العالية من خسائر الطاقة وتكاليف التشغيل.

2.2.4 دورة الحياة - طول عمر الخدمة
توفر مجموعات الليثيوم عالية المستوى آلافًا إلى عشرات الآلاف من الدورات اعتمادًا على الكيمياء والتطبيق.

2.2.5 السلامة - الحماية والإدارة الحرارية
تشمل السلامة الشحن الزائد والتفريغ الزائد والحماية من قصر الدائرة الكهربائية والتخفيف من التسرب الحراري. تتضمن بعض العبوات أنظمة إخماد الحرائق مثل مواد الإطفاء FK-6.

3. عملية التصميم والأساليب التحليلية

3.1 عملية التصميم

3.1.1 اختيار الخلايا وتصنيفها
يجب اختبار الخلايا وتصنيفها للتأكد من اتساقها في السعة والمقاومة الداخلية والجهد. وفقًا للإحصاءات، من خلال اختبار وتصنيف عدد كبير من خلايا البطاريات، يمكن ضمان أن يكون اتساق الأداء والجودة أعلى من 98%. بعد تصنيف سعة البطارية بواسطة آلة تصنيف خلايا أيونات الليثيوم ويتم تصنيف الجهد والمقاومة الداخلية للبطارية حسب آلة فرز خلايا الليثيوم يمكن تصنيف خلايا البطارية وتخزينها وفقًا لمستويات الأداء المختلفة، استعدادًا لأعمال التجميع اللاحقة.

Prismatic battery capacity grading machine

3.1.2 تجميع الخلايا وتوصيلها
يتم ربط الخلايا بطرق اللحام أو الضغط. يُستخدم اللحام بالليزر على نطاق واسع لدقته، وصغر منطقة تأثره بالحرارة، ومقاومته المنخفضة، وملاءمته للحام مواد متعددة.

3.1.3 تكامل نظام إدارة البطاريات
يضمن تكامل نظام إدارة البطاريات المراقبة والاتصال والموازنة والحماية. تُعد المعايرة والاختبار المناسبان ضروريين لموثوقية PACK

3.1.4 إحكام إغلاق العلبة والاعتبارات الحرارية

تتطلب العلب - المصنوعة غالبًا من سبائك الألومنيوم - متانة ميكانيكية عالية، وتبديدًا حراريًا ممتازًا، وحماية بيئية. التركيب المناسب يمنع الاهتزاز ويضمن استقرار التشغيل.

3.1.5 اختبار النظام ومراقبة الجودة

تشمل الاختبارات اختبارات الأداء، والسعة، وعمر دورة التشغيل، والسلامة (الشحن الزائد، والقصر الكهربائي، والصدمات). تضمن الاختبارات الصارمة الامتثال لمواصفات التصميم.

3.2 الطرق التحليلية

3.2.1 فهم تعريف PACK
يتم تشكيل PACK عن طريق توصيل خلايا متعددة على التوالي/التوازي ودمج الأنظمة الميكانيكية والحرارية والكهربائية. تشمل التقنيات الرئيسية تصميم الهيكل، وعملية اللحام، وتصنيف الحماية، والتبريد النشط

3.2.2 فهم مكونات PACK
تتضمن المكونات وحدات الخلايا، والأنظمة الكهربائية، والإدارة الحرارية، والغلاف، ونظام إدارة البطاريات - كل منها يؤدي وظائف أساسية مماثلة للقلب والأعصاب والهيكل العظمي والدماغ لدى الإنسان.

3.2.3 فهم خصائص PACK ومتطلبات التصميم
تتطلب حزم PACK اتساقًا عاليًا للخلايا، ومطابقة مناسبة للجهد/السعة، وشحنًا متوازنًا، ومراقبة التيار والجهد ودرجة الحرارة.

3.2.4 تكوين العبوة وطرق التصنيع
يزيد التوصيل التسلسلي الجهد، بينما يزيد التوصيل المتوازي السعة. تشمل طرق اللحام الشائعة اللحام بالليزر، واللحام بالموجات فوق الصوتية، واللحام النبضي، والتلامس المعدني المرن. نماذج مثل 1P24S تمثل 24 خلية متصلة على التوالي وخلية واحدة متصلة على التوازي.

3.2.5 فهم مواصفات أداء PACK
الجهد المقدر = جهد الخلية × عدد السلاسل.
الطاقة المقدرة = السعة × الجهد.
إن عمر الدورة والكفاءة يحددان الأداء على المدى الطويل.

تتضمن ميزات السلامة الحماية والإدارة الحرارية.

في ظل التحول العالمي نحو الطاقة النظيفة، أصبحت بطاريات تخزين الطاقة ركيزةً أساسيةً لبناء أنظمة الطاقة المستقبلية. ومع التوسع السريع في قدرات الطاقة المتجددة وتزايد شعبية المركبات الكهربائية، يتزايد الطلب على حلول تخزين الطاقة. وتتنوع التطبيقات بسرعة، بدءًا من تقليل ساعات الذروة للشركات والمنازل، وصولًا إلى تنظيم ترددات الشبكة وتوفير الطاقة الاحتياطية، مما يجعل آفاق هذا القطاع واعدةً للغاية.

بالنسبة لأولئك الذين يدخلون صناعة بطاريات الليثيوم ويتطلعون إلى إنتاج مجموعات تخزين الطاقة، تظل هناك تحديات رئيسية: كيفية إنشاء خطوط إنتاج آمنة وموثوقة بسرعة، والحفاظ على اتساق المنتج، والتحكم في كل من تكاليف الاستثمار والوقت المستغرق للإنتاج.

باعتبارنا شركة مصنعة تتمتع بخبرة تزيد عن 15 عامًا في صناعة معدات بطاريات الليثيوم، فإننا نفهم بعمق نقاط الألم لدى عملائنا ونقدم لك حلولاً احترافية.

أسي للطاقة الجديدة متخصصة في توفير معدات إنتاج كاملة وحلول شاملة لـ خط إنتاج بطاريات الليثيوم أيون من الخلية إلى المنتج النهائي، مُصممة خصيصًا للشركات الناشئة في مجال تخزين طاقة بطاريات الليثيوم. سواءً كان الأمر يتعلق بتخطيط خط الإنتاج، أو دمج المعدات، أو المراحل الرئيسية مثل تكديس الوحدات، واللحام بالليزر، ودمج أنظمة إدارة البطاريات (BMS)، والاختبار النهائي، فإننا نقدم دعمًا فنيًا موثوقًا به وأنظمة إنتاج فعالة ومستقرة. هدفنا هو مساعدة عملائنا على بناء قدراتهم الإنتاجية بسرعة، والانطلاق بقوة، واغتنام الفرص في سوق تخزين الطاقة المتطور. حتى الآن، قمنا بتصميم أكثر من 150 حلاً ويتم تصديرها إلى أكثر من 40 دولة نرحب ترحيبًا حارًا بالعملاء من جميع أنحاء العالم ونأمل أن نكون شريككم المحترف والموثوق به لبناء مستقبل أفضل معًا

العلامات :

مدونة

ما هي عناصر اختبار السلامة لبطاريات الليثيوم أيون؟