Energiavarastojärjestelmät yhdistävät sektoreita, mutta mikä yhdistää energiavarastojärjestelmiä? Innovatiivisen liitäntäteknologian merkitys energiavarastojen varmalle toiminnalle ja All Electric Societyn toteuttamiselle.

Akkuenergiavarastojärjestelmä konttirakenteena

Tiivistelmä

Kiinteät energiavarastojärjestelmät ovat välttämätön lenkki sektorikytkennässä. Niiden turvallisuus ja luotettavuus riippuvat myös käytetystä sähköliitäntätekniikasta. Se takaa häiriöttömän tehon- ja datansiirron.

Energiavarastot All Electric Societyssa

Ilmastonmuutoksen hillitseminen ja geopoliittisten riippuvuuksien vähentäminen ovat aikamme tärkeimpiä kysymyksiä. Ajatus All Electric Society -maailmasta ja sen sisällä sektorikytkennästä tarjoaa mahdollisia ratkaisuja. Yhteiskuntamme, rakennuksemme, tuotantolaitoksemme, liikkuvuutemme ja infrastruktuurimme on verkotettava energia- ja tietotekniikan osalta. All Electric Society -maailmassa tämä tapahtuu uusiutuvien energialähteiden pohjalta, joita on loputtomasti saatavilla ja jotka eivät tuota haitallisia päästöjä.

Tuuli- ja aurinkoenergiaa ei ole jatkuvasti saatavilla. Nykyaikainen yhteiskunta tarvitsee kuitenkin jatkuvasti energiaa, 24 tuntia vuorokaudessa. Sen vakaa toimitus onnistuu vain, jos riittävästi ylijäämäenergiaa varastoidaan väliaikaisesti, jotta se voidaan tarvittaessa ottaa käyttöön myöhemmin – esimerkiksi akkuenergiavarastojärjestelmien avulla.

Akkumoduuli, jossa on akkukennoja ja tasapainotuspiirikortti

Rakenne ja toimintatapa

Kapasiteetista riippuen nämä kiinteät järjestelmät on sijoitettu laitekoteloihin, kytkentäkaappeihin tai jopa kontteihin. Modulaarinen perusrakenne on kuitenkin aina samanlainen. Sähköliitäntöjä on kolmenlaisia: teholiitäntä, signaaliliitäntä ja dataliitäntä, jotka tarkoittavat samaa kuin energiavirtojen, valvontaan ja ohjaukseen käytettävien analogisten signaalien ja digitaalisten signaalien siirtäminen.

Akkuenergiavaraston pienin yksikkö on akkukenno, joka on varsinainen varastoelementti. Monet näistä kennoista on koottu akkumoduuliin ja kytketty sähköisesti toisiinsa (teho). Elektroninen piiri varmistaa kaikkien kennojen tasapainoisen lataus-/purkaustilan. Tätä kutsutaan kennojen tasapainottamiseksi (signaalit). Lämpötila-anturit seuraavat kennojen lämpökäyttäytymistä (signaalit).

Akkuhylly, jossa on EZA-säädin ja akkumoduuleja

Akkuhylly, joka koostuu ylhäällä olevasta EZA-säätimestä ja useista akkumoduuleista

Useita akkumoduuleja yhdistetään yhdeksi energiavarastokaapiksi ja liitetään tehotasolle. Kaikki moduulit vaihtavat tietoja (dataa) keskenään ja varastokaapin ohjausyksikön, niin sanotun EZA-säätimen (Power Control Unit, PCU) kanssa. Ulkoisten antureiden liittämistä varten sekä akkumoduuleissa että EZA-säätimessä on usein teho- ja dataliitäntöjen lisäksi myös signaaliliitännät.

Energiavarastojärjestelmän modulaarinen rakenne

Järjestelmässä on yhdistetty useita energiavarastokaappeja toisiinsa kolmella edellä mainitulla tasolla: virta, signaalit ja data. Korkeimmalla tasolla oleva ylemmän tason ohjaus edustaa järjestelmänhallintaa. Tässä energiavarastokaapit kokoavat jälleen kaikki sähköliitännät yhteen. Se sisältää myös energiavaraston ulkoiset liitännät. Energiaa vaihdetaan sähköverkon kanssa tehoelektroniikan avulla. Eri apuyksiköiden signaalit yhdistyvät järjestelmänhallinnassa, esimerkiksi palonsammutusjärjestelmän osalta. Järjestelmänhallinta viestii datayhteyksien kautta verkon ylläpitäjän ja palveluntarjoajien kanssa, jotka pääsevät käyttämään varastojärjestelmää.

Energiavaraston verenkiertojärjestelmä

Energiavarastojärjestelmän sähköiset yhteydet voidaan visualisoida sen hermostona ja verenkiertojärjestelmänä. Energiavirrat vastaavat verenkiertoa, jonka kautta kuljetetaan elintärkeää energiaa sekä signaaleja aisteillemme – esimerkiksi lämpötilojen, kaasujen ja visuaalisten ärsykkeiden aistimista varten. Datajohtoja käytetään tietojen vaihtoon, samalla tavoin kuin hermoja. Jos verenkiertojärjestelmässä tai hermostossa on jotain vikaa, ihminen ei voi hyvin ja sairastuu. Tämä pätee samalla tavalla myös energiavarastojärjestelmään. Sähköliitännöissä olevat viat aiheuttavat järjestelmän toimintahäiriöitä ja vikaantumisia ja voivat tietyssä tilanteessa jopa johtaa koko järjestelmän tuhoutumiseen.

Esimerkkejä liitäntätekniikan virheistä

Kolme esimerkkiä osoittavat, kuinka tärkeää liitäntätekniikka on, alkaen virtajohdoista:

Monissa tapauksissa akkumoduulien liittämiseen tehotasolla käytetään perinteistä ruuviliitäntää. Ruuviliitokset voivat löystyä epäsuotuisissa olosuhteissa. Jos ensimmäisen kytkennän tai myöhemmän huollon yhteydessä tapahtuu laiminlyöntejä, kosketusvastukset kasvavat. Parhaassa tapauksessa tämä ilmenee lämpöhäviöinä, mutta pahimmassa tapauksessa vakavana ylikuumenemisena, joka voi jopa johtaa energiavaraston syttymiseen tuleen ja siten sen täydelliseen tuhoutumiseen.
Tyypillinen signaaliliitäntä on virta-anturikaapelin liittäminen piirikorttiin. Nämä juotetaan usein suoraan, jolloin yhdessä vapaiden kaapelinpäiden kanssa on olemassa niin sanottujen kylmien juotosliitosten riski. Tämä johtaa virheellisiin signaalitietoihin, esim. liian pieniin mitattuihin virtoihin. Jos lataus- ja purkuvirrat ovat liian suuria, akku vanhenee huomattavasti nopeammin.
Datayhteydet muodostetaan usein patch-kaapeleilla eli pistoliitettävillä kaapeleilla. Jos laatua, esimerkiksi tiukkoja mittatoleransseja ja laadukkaita kosketinpintoja, ei oteta huomioon, tiedonsiirrossa voi esiintyä virheitä. Ne johtavat järjestelmän toimintahäiriöihin tai jopa järjestelmän vikaantumiseen, pahimmassa tapauksessa jopa laitteiston vaurioitumiseen.

Liitäntätekniikka energiavarastojärjestelmiin

Energiavarastojärjestelmissä käytettäviksi tarkoitetut innovatiiviset liitäntätekniikat tehoa, signaaleja ja dataa varten

Suosituksia liitäntätekniikan valintaa varten

Miten voidaan välttää edellä kuvatut virheet, jotka aina johtavat taloudellisiin tappioihin energiavarastojen ylläpitäjille? Teholiitännöissä on käytettävä pistoliittimiä aina, kun ei voida varmistaa määriteltyjä asennusolosuhteita. Tämä koskee siis teholiitäntöjä, jotka täytyy tehdä asennuksen ja huollon aikana.

Innovatiivisia liitäntätekniikoita voidaan käyttää juottamisen sijasta, kun vapaita kaapelinpäitä liitetään piirikortteihin. Esimerkiksi leikkaavat liitännät eivät vaadi johtimen pään esikäsittelyä, ja ne tarjoavat jousiliitäntätekniikoiden tapaan suurta käyttömukavuutta ja maksimaalista luotettavuutta. Ympäristöolosuhteet määrittelevät dataliitäntöjä koskevat vaatimukset. Esimerkiksi IP-suojatut dataliittimet sopivat hyvin likaantuviin tai kosteisiin ympäristöihin, ja teollisuuskäyttöön tarkoitetut dataliittimet koviin mekaanisiin vaatimuksiin.

Yhteenveto

Sama pätee energian varastojärjestelmiin: jos säästät alkuinvestoinnissa, maksat enemmän käytön aikana. Lisäksi näitä laitteita ja järjestelmiä käytetään usein järjestelmän kannalta tärkeissä sovelluksissa. Luotettavuus on siis tärkeä ominaisuus, jos All Electric Society -vision halutaan onnistuvan. Sähköliitännät ovat tässä ratkaisevassa asemassa. Niihin on kiinnitettävä erityistä huomiota.