Akumulátory energie propojují odvětví, ale co propojuje akumulátory energie? Význam inovativních technologií připojení pro bezpečný provoz akumulátorů energie a pro realizaci koncepce All Electric Society.

Bateriový systém akumulátorů energie v kontejnerové konstrukci

Zkrácená verze

Stacionární systémy akumulátorů energie jsou nepostradatelným článkem v propojení odvětví. Jejich bezpečnost a spolehlivost závisí v neposlední řadě na použité technologii elektrického připojení. Zajišťuje přenos napájení a dat bez rušení.

Akumulátory energie v koncepci All Electric Society

Zmírnění změny klimatu a snížení geopolitických závislostí patří k nejdůležitějším otázkám současnosti. Myšlenka koncepce All Electric Society a propojení odvětví v jejím rámci nabízí možná řešení. Naše společnost, budovy, výrobní zařízení, mobilita a infrastruktura musí být energeticky a informačně propojeny. V koncepci All Electric Society se tak děje na základě obnovitelných zdrojů energie, které jsou neomezeně dostupné a neprodukují žádné škodlivé emise.

Větrná a sluneční energie není k dispozici neustále. Moderní společnost má však neustálý hlad po energii, a to 24 hodin denně. Stabilní dodávky lze dosáhnout pouze tehdy, pokud je dočasně uloženo dostatečné množství přebytečné energie, aby mohla být v případě potřeby později opět k dispozici – např. prostřednictvím bateriových systémů akumulátorů energie.

Bateriový modul s bateriovými články a deskou plošných spojů s vyvažovacími obvody

Konstrukce a způsob fungování

V závislosti na kapacitě jsou tyto stacionární systémy umístěny ve skříních zařízení, rozvaděčích nebo dokonce v kontejnerech. Základní modulární struktura je však vždy podobná. Existují tři typy elektrického připojení: připojení napájení, připojení signálu a připojení dat, které je synonymem pro přenos energetických toků, analogových signálů pro monitorování a řízení a digitálních signálů.

Nejmenší jednotkou bateriového systému akumulátorů energie je bateriový článek, vlastní akumulační prvek. Mnoho těchto článků je spojeno do bateriového modulu a elektricky propojeno (napájení). Elektronický obvod zajišťuje vyvážený stav nabíjení/vybíjení všech článků. To se označuje jako vyrovnávání článků (signály). Teplotní čidla monitorují tepelné chování článků (signály).

Stojan na baterie s řídicí jednotkou napájení a bateriovými moduly

Stojan na baterie sestávající z řídicí jednotky napájení v horní pozici a několika bateriových modulů

Několik bateriových modulů je spojeno do úložné skříně a propojeno na výkonové úrovni. Všechny moduly si vyměňují informace (data) mezi sebou a s řídicí jednotkou úložné skříně, takzvanou řídicí jednotkou napájení (PCU). Aby bylo možné připojit například externí senzory, mají bateriové moduly i jednotky PCU často kromě napájecích a datových připojení také signální rozhraní.

Modulární konstrukce systému akumulátorů energie

V systému je několik úložných skříní propojeno na třech výše uvedených úrovních napájení, signálů a dat. Řízení systému je nadřazený řídicí systém na nejvyšší úrovni. Zde se opět spojují všechny elektrické přípojky z úložných skříní. Obsahuje také vnější rozhraní systému akumulátorů energie. Energie se vyměňuje se sítí prostřednictvím výkonové elektroniky. Signály z různých pomocných jednotek se sbíhají ve správě systému, např. pro hasicí systém. Správa systému komunikuje s provozovatelem sítě a s poskytovateli služeb, kteří mají přístup k systému akumulátorů prostřednictvím příslušných datových připojení.

Kardiovaskulární systém akumulátoru energie

Elektrická spojení v rámci systému akumulátorů energie si lze představit jako jeho nervový a kardiovaskulární systém. Energetické toky odpovídají krevnímu řečišti, kterým se přenáší životní energie, signálům pro naše smysly – například pro teplotu, plyny a zrakové vjemy. Datové linky slouží k výměně informací podobně jako nervy. Pokud je něco v nepořádku s oběhovým nebo nervovým systémem, člověk není v pořádku a onemocní. Podobně je tomu i v systému akumulátorů energie. Závady v elektrických spojeních způsobují poruchy a selhání systému a při patřičné konstelaci mohou vést až ke zničení celého systému.

Příkladné chyby v technologii připojení

Tři příklady ukazují, jak důležitá je technologie připojení, počínaje napájecími rozvody:

V mnoha případech se k připojení bateriových modulů na úrovni napájení používá klasické šroubové spojení. Šroubové spoje se mohou za nepříznivých okolností uvolnit. Pokud dojde k opomenutí při prvním připojení nebo při následné údržbě, povede to ke zvýšenému odporu kontaktů. V lepším případě se to projeví tepelnými ztrátami, v horším případě silným přehřátím, které může vést až k požáru uložiště, a tím k jeho úplnému zničení.
Typickým signálním připojením je připojení kabelu proudového senzoru k desce plošných spojů. Ty jsou často přímo pájeny, což v kombinaci s odkrytými konci kabelů skrývá riziko tzv. studených pájecích spojů. Výsledkem jsou nesprávné informace o signálu, např. příliš nízké naměřené proudy. Pokud by nabíjecí a vybíjecí proudy byly příliš vysoké, baterie by stárla mnohem rychleji.
Datová spojení se často vytvářejí pomocí propojovacích kabelů, tj. zásuvných kabelů. Pokud není zajištěna kvalita ve smyslu např. těsných rozměrových tolerancí a kvalitních kontaktních ploch, může dojít k chybám při přenosu dat. Ty vedou k poruchám systému nebo dokonce k jeho selhání, v horším případě dokonce k poškození hardwaru.

Technologie připojení pro systémy akumulátorů energie

Inovativní technologie připojení napájení, signálů a dat pro použití v systémech akumulátorů energie

Doporučení pro výběr technologie připojení

Jak se lze vyhnout výše popsaným chybám, které vždy vedou k finančním ztrátám provozovatelů systémů akumulátorů energie? Pro připojení napájení by se měly používat konektory všude tam, kde nelze zajistit definované podmínky instalace. To se tedy týká přípojek napájení, které je třeba provést při instalaci a údržbě.

Při připojování volných konců kabelů k deskám plošných spojů lze místo pájení použít inovativní technologie připojení. Například spoje s posunem izolace nevyžadují žádnou předběžnou úpravu konce vodiče a – stejně jako pružinová spojovací technologie – nabízejí vysokou úroveň pohodlí a maximální spolehlivost. Okolní podmínky definují požadavky na datová spojení. Například datové konektory s ochranou IP jsou ideální pro prostředí s vysokou úrovní znečištění nebo vlhké prostředí a datové konektory průmyslové třídy pro náročné mechanické požadavky.

Shrnutí

Totéž platí pro systémy akumulátorů energie: pokud ušetříte na počáteční investici, zaplatíte více během provozu. Kromě toho jsou tato zařízení a systémy často provozovány v systémově relevantních aplikacích. Spolehlivost je proto důležitou vlastností, pokud má být vize koncepce All Electric Society úspěšná. Rozhodující roli zde hrají elektrické přípojky. Měla by jim být věnována vysoká pozornost.