٥ اعتبارات رئيسية عند تصميم نظام بطاريات بحري

وبما أن التحول الكهربائي في المجال البحري لا يزال يزداد باطراد، فإن أنظمة بطاريات الليثيوم أصبحت مصدر طاقة مهمًا للقوارب الكهربائية والعبّارات والقوارب العاملة واليختات وغيرها من المركبات البحرية.

ومع ذلك، فإن تصميم نظام بطاريات بحري موثوقٍ نظام بطاريات بحري يتطلب أكثر بكثير من مجرد اختيار بطارية ذات سعة كافية.

ويجب أن تعمل البطارية كجزءٍ من نظام دفعٍ وطاقةٍ متكاملٍ، مع الوفاء بالمتطلبات المتعلقة بالسلامة وإدارة الحرارة والشحن والاتصال والبيئة التشغيلية البحرية.

هناك ٥ اعتبارات رئيسية عند تصميم نظام بطاريات بحري.

---

الخطوة الأولى هي تحديد كمية الطاقة والقدرة اللتين تحتاجهما المركبة فعليًّا.

يُقاس سعة البطارية عادةً بوحدة kWh ، بينما تعتمد القدرة المطلوبة على محرك الدفع والأحمال الكهربائية الأخرى الموجودة على متن المركبة.

تعتمد سعة البطارية المطلوبة على عوامل مثل:

• حجم المركبة ووزنها
• قدرة المحرك
• سرعة الجولة
• المدى التشغيلي المرغوب
• ظروف التشغيل
• الأحمال الكهربائية المساعدة
• سعة الاحتياطي المطلوبة
• فرص الشحن

على سبيل المثال، قد تحتاج قارب كهربائي صغير إلى نظام بطاريات مدمج نسبيًّا، في حين قد تتطلب سفينة تجارية أكبر أو قارب عمل نظام بطاريات عالي السعة وعالي الجهد.

لذلك، يجب أن يستند تحديد حجم البطارية إلى احتياجات الطاقة الكاملة للسفينة، وليس فقط باختيار أكبر بطارية متوفرة.

النقطة الرئيسية:

يجب أن يوازن نظام البطاريات البحرية المصمم بشكل مناسب بين سعة الطاقة، وناتج القدرة، والمدى التشغيلي، والوزن، والمساحة المتاحة للتثبيت.

---

الجهد عاملٌ بالغ الأهمية آخر في تصميم أنظمة البطاريات البحرية.

في أنظمة الدفع الكهربائي عالية القدرة، يمكن لزيادة جهد النظام أن تساعد في خفض التيار لنفس ناتج القدرة.

على سبيل المثال:

القدرة = الجهد × التيار

عند نفس مستوى القدرة، يتطلب النظام ذي الجهد الأعلى تيارًا أقل.

يمكن أن يساعد هذا في تقليل:

• حجم الكابل
• الخسائر الكهربائية
• توليد الحرارة
• متطلبات تيار مجموعة الدفع

وبالاعتماد على حجم السفينة ومتطلبات الدفع، يمكن لأنظمة البطاريات البحرية أن تستخدم منصات جهد مختلفة، بدءًا من أنظمة الجهد المنخفض وصولًا إلى هندسات الجهد العالي.

قد يدمج نظام بطاريات بحري عالي الجهد مصمم بشكل مناسب ما يلي:

• وحدات البطارية
• نظام إدارة البطاريات عالي الجهد
• المكثفات
• دائرة التمهيد الشحنية
• توزيع الجهد العالي
• حماية الفيوز
• اتصال CAN
• مراقبة السلامة

وبالتالي، يجب اختيار بنية الجهد بالتنسيق مع المحرك والمبدّل والشاحن والمكونات الأخرى للنظام البحري الكهربائي الدافع.

---

يمكن أن تتأثر أداء البطارية تأثراً قوياً بدرجة الحرارة.

قد تعمل السفن البحرية في بيئات مختلفة جداً، من المناخات الباردة الشمالية إلى المناطق الاستوائية الحارة والرطبة. كما يمكن أن يولّد الدفع عالي القدرة حرارة كبيرة أثناء التشغيل المستمر والشحن السريع.

بالنسبة لأنظمة البطاريات البحرية عالية القدرة، تبريد سائل يمكن أن توفر أنظمة التبريد السائلة إدارة حرارية أكثر دقةً مقارنةً بالاعتماد فقط على التبريد السلبي أو التبريد الهوائي.

يمكن أن يساعد نظام البطارية المبرّد بالسائل في الحفاظ على درجة حرارة تشغيل أكثر استقراراً عبر خلايا البطارية ووحداتها.

قد يشمل نظام إدارة الحرارة المصمم جيدًا:

• ألواح تبريد
• دورة سائل التبريد
• موثوقة وتعمل بكفاءة، وتساعد السائقين في الحفاظ على السيارة في حالة جيدة.
• مبادلات الحرارة
• مستشعرات درجة الحرارة
• برنامج التحكم الحراري

الحفاظ على درجة حرارة البطارية المناسبة يمكن أن يساعد في تحسين أداء النظام وموثوقيته وعمره الافتراضي.

لتطبيقات الدفع البحري عالي القدرة، يجب أخذ إدارة الحرارة في الاعتبار أثناء مرحلة تصميم بنية البطارية الأولية بدلًا من إضافتها لاحقًا.

---

السلامة واحدة من أهم الاعتبارات عند تصميم نظام بطاريات ليثيوم بحري.

يجب أن يراقب نظام البطارية البحري باستمرار ظروف تشغيل البطارية ويحمي النظام من الحالات غير الطبيعية.

يمكن لنظام إدارة البطاريات المصمم بشكل سليم أن يراقب معايير مثل:

• جهد الخلية
• جهد المجموعة
• حالي
• درجة حرارة الخلية
• حالة الشحن (SOC)
• حالة البطارية (SOH)
• حالة العزل
• شروط الشحن والتفريغ

يمكن للنظام أيضًا توفير الحماية ضد ظروف مثل:

• الجهد الزائد
• انخفاض الجهد
• التيار الزائد
• الحرارة الزائدة
• قصر دائرة
• ظروف الخلايا غير الطبيعية

بالنسبة لأنظمة الجهد العالي، قد تشمل وظائف الحماية والأمان الكهربائي الإضافية: المفاتيح الكهربائية (كونتاكتورز)، ودوائر ما قبل الشحن، وال퓨وزات، ومراقبة العزل، ووظائف الإيقاف الطارئ.

كما يجب تصميم نظام البطارية وفقًا للوائح البحرية السارية، ومتطلبات السفينة، ومعايير الاعتماد الخاصة بالسوق المستهدفة.

---

البطارية البحرية ليست سوى جزء واحد من البنية الكهربائية للسفينة.

يجب أن يتواصل نظام البطارية ويؤدي مهامه بشكل سليم مع:

• المحركات الكهربائية
• وحدات تحكم المحركات/المبدلات
• الشواحن الداخلية
• محولات DC/DC
• أنظمة إدارة الطاقة
• أنظمة التحكم في السفن
• أنظمة الشحن على اليابسة

لذلك يجب أخذ متطلبات الشحن في الاعتبار أثناء تصميم نظام البطاريات.

وبالاعتماد على نوع السفينة والتطبيق، قد يدعم النظام حلولاً مختلفة للشحن، بما في ذلك الشحن بالتيار المتناوب أو الشحن السريع بالتيار المستمر.

على سبيل المثال، قد تدمج أنظمة بطاريات السفن عالية القدرة حل شحن CCS2 عندما يكون الشحن السريع مطلوبًا.

كما يمكن لاتصال كان (CAN) أن يسمح لنظام إدارة البطارية بتبادل المعلومات مع نظام التحكم في المركبة أو السفينة، ومن بين هذه المعلومات:

• SOC
• الجهد الكهربائي
• حالي
• درجة الحرارة
• معلومات الأعطال
• حالة الشحن
• حدود البطارية

يمكن أن يساعد نظام بطارية متكامل جيدًا في ضمان تشغيل البطارية ونظام الدفع ونظام الشحن كحلٍّ كاملٍ واحدٍ.

---

نظام البطاريات البحرية الموثوق ليس مجرد حزمة بطاريات ليثيوم كبيرة.

بل هو نظامٌ كاملٌ مصمم خصيصًا وفقًا لمتطلبات القارب المحددة.

تشمل الاعتبارات الرئيسية ما يلي:

للمصنّعين الأصليين ومصنّعي معدات البحريّة، تصميم نظام بطاريات مخصّص غالبًا ما يكون أكثر ملاءمةً من استخدام حزمة بطاريات قياسية.

---

توفر شركة CTS Battery أنظمة بطاريات ليثيوم مخصصة للتطبيقات البحرية الكهربائية والهجينة.

يمكن تخصيص حلول البطاريات البحرية لدينا وفقًا لمتطلبات القوارب، ومن بينها:

• جهد البطارية وسعتها
• أبعاد حزمة البطاريات
• تكوين نظام إدارة البطارية (BMS)
• اتصال CAN
• إدارة الحرارة
• أنظمة التبريد السائل
• حماية الجهد العالي
• تكامل نظام الشحن
• تصميم الغلاف الميكانيكي

لتطبيقات الدفع البحري ذات القدرة الأعلى، يمكن لشركة CTS Battery تزويد حل متكامل يشمل:

نظام بطاريات الليثيوم + نظام التبريد السائل + نظام الشحن

وهذا يسمح بتصميم نظام البطاريات وفقًا لمتطلبات الدفع والشحن الخاصة بالسفينة منذ المرحلة الأولى.

أما بالنسبة لمصنّعي المعدات الأصلية البحرية (OEMs) وشركات تصنيع القوارب ومُجمِّعي الأنظمة، فإن التعاون مع شركة مصنِّعة خبيرة متخصصة في بطاريات الليثيوم البحرية المخصصة يمكن أن يساعد في ضمان توافق نظام البطاريات بشكلٍ سليم مع السفينة ونظام الدفع الخاص بها.

هل تبحث عن نظام بطاريات ليثيوم بحري مخصص لمشروعك القادم؟ اتصل بشركة CTS Battery لمناقشة متطلباتك.