23.02.2024

Les dispositifs de stockage d'énergie relient les secteurs, mais qu'est-ce qui relie les dispositifs de stockage d'énergie ? L'importance d'une technologie de raccordement innovante pour un fonctionnement sûr des dispositifs de stockage d'énergie et pour la réalisation de la All Electric Society.

Système de stockage d'énergie sur batterie en conteneur

Résumé

Les systèmes de stockage d'énergie stationnaires sont un maillon indispensable de l'intégration sectorielle. Leur sécurité et leur fiabilité dépendent notamment de la technologie de raccordement électrique utilisée. Celle-ci assure une transmission de puissance et de données sans interférences.

Les dispositifs de stockage d'énergie dans la All Electric Society

Atténuer le changement climatique et réduire les dépendances géopolitiques, ces thèmes sont parmi les plus importants de notre époque. L'idée d'une All Electric Society et, dans ce cadre, de l'intégration sectorielle, offre des pistes de solution. Il s'agit de mettre en réseau notre société, les bâtiments, les sites de production, la mobilité et l'infrastructure en ce qui concerne l'énergie et la technologie de l'information. Dans la All Electric Society, cela se produit sur la base de sources d'énergie renouvelables qui sont disponibles à l'infini et ne produisent pas d'émissions nocives.

L'énergie éolienne et l'énergie solaire ne sont pas disponibles de manière constante. Cependant, la société moderne a un besoin constant d'énergie, 24 heures sur 24. La stabilité de l'approvisionnement ne peut être assurée que si l'énergie excédentaire est stockée temporairement en quantité suffisante afin d'être remise à disposition en différé lorsque cela est nécessaire - par exemple via des systèmes de stockage d'énergie sur batterie.

Module de batteries avec cellules de batterie et circuit imprimé d'équilibrage

Module de batteries avec cellules de batterie et circuit imprimé d'équilibrage

Structure et fonctionnement

En fonction de leur capacité, ces systèmes stationnaires sont placés dans des boîtiers d'appareils, des armoires électriques ou même des conteneurs. Cependant, la structure modulaire est par principe toujours similaire. On distingue trois types de connexions électriques : la connexion de puissance, la connexion de signaux et la connexion de données, qui correspond à la transmission de flux d'énergie, de signaux analogiques pour la surveillance et la commande et de signaux numériques.

La plus petite unité d'un dispositif de stockage d'énergie sur batterie est la cellule de batterie, l'élément de stockage proprement dit. Un grand nombre de ces cellules sont regroupées dans un module de batterie et connectées électriquement entre elles (puissance). Un circuit électronique assure un état de charge/décharge équilibré de toutes les cellules. On parle dans ce contexte d'équilibrage cellulaire (signaux). Les capteurs de température surveillent le comportement thermique des cellules (signaux).

Rack de batteries avec régulateur d'installation de production d'énergie et modules de batteries

Rack de batteries composé d'un régulateur d'installation de production d'énergie en position supérieure et de plusieurs modules de batteries

Plusieurs modules de batteries sont regroupés en une armoire de stockage et reliés au niveau de la puissance. Tous les modules échangent des informations (données) entre eux et avec l'unité de contrôle de l'armoire de stockage, appelée régulateur d'installation de production d'énergie (PCU). Pour connecter des capteurs externes, par exemple, les modules de batteries et les PCU sont souvent équipés d'interfaces de signal en plus des connexions de puissance et de données.

Conception modulaire du système de stockage d'énergie

Dans le système, plusieurs armoires de stockage sont reliées entre elles aux trois niveaux mentionnés : puissance, signaux et données. L'automate supérieur du niveau le plus haut représente la gestion du système. C'est ici que toutes les connexions électriques des armoires de stockage sont établies. Il contient par ailleurs les interfaces externes du dispositif de stockage d'énergie. L'énergie est échangée avec le réseau grâce à l'électronique de puissance. Les signaux de divers équipements auxiliaires convergent vers la gestion du système, par exemple pour le système d'extinction des incendies. Grâce à des connexions de données appropriées, la gestion du système communique avec l'opérateur réseau et avec les prestataires de services qui peuvent accéder au stockage.

Le système cardio-vasculaire du stockage d'énergie

Les connexions électriques au sein du dispositif de stockage d'énergie peuvent être décrites de manière imagée comme son système nerveux et cardiovasculaire. Les flux d'énergie correspondent à la circulation sanguine par laquelle l'énergie vitale est transportée, les signaux à nos sens - par exemple pour les températures, les gaz et les impressions optiques. Les lignes de données servent à l'échange d'informations, comme les nerfs. Si quelque chose ne va pas dans le système sanguin ou dans le système nerveux, la personne ne va pas bien, elle tombe malade. Dans le système de stockage d'énergie, c'est pareil. Des erreurs dans les connexions électriques provoquent des perturbations et des pannes du système et peuvent même, dans une constellation appropriée, entraîner la destruction de l'ensemble du système.

Exemples d'erreurs dans la technologie de raccordement

Trois exemples illustrent l'importance de la technologie de raccordement, à commencer par le câblage de puissance :

  1. Pour relier les modules de batteries au niveau de la puissance, on utilise dans de nombreux cas un assemblage classique par vis. Dans certaines circonstances défavorables, les raccords vissés peuvent se desserrer. Si des omissions se produisent lors du premier raccordement ou lors d'une maintenance ultérieure, cela entraîne une augmentation des résistances de contact. Celles-ci s'expriment dans le meilleur des cas par des pertes de chaleur, mais dans le pire des cas par une forte surchauffe, qui peut même entraîner l'incendie d'un système de stockage et sa destruction totale.

  2. Une connexion de signal typique est la connexion d'un câble de capteur de courant à un circuit imprimé. Celles-ci sont souvent soudées directement, ce qui, en combinaison avec des extrémités de câble libres, comporte le risque de ce que l'on appelle des soudures froides. Il en résulte des informations de signal erronées, par exemple des courants mesurés trop faibles. En raison de courants de charge et de décharge trop élevés, la batterie vieillirait beaucoup plus rapidement.

  3. Les connexions de données sont souvent établies par des câbles de jonction, c'est-à-dire des câbles enfichables. Si l'on ne veille pas à la qualité, par exemple à des tolérances dimensionnelles étroites et à des surfaces de contact de haute qualité, des erreurs peuvent survenir lors de la transmission des données. Celles-ci entraînent des perturbations, voire des pannes du système, ou, dans le pire des cas, des dommages sur le matériel.

Technologie de raccordement pour systèmes de stockage d'énergie

Technologies de raccordement innovantes pour la puissance, les signaux et les données à utiliser dans les systèmes de stockage d'énergie

Recommandations pour le choix de la technologie de raccordement

Comment éviter les erreurs décrites ci-dessus, qui entraînent toujours des pertes financières pour les exploitants de dispositifs de stockage d'énergie ? Pour les connexions de puissance, il convient d'utiliser des connecteurs partout où il n'est pas possible de garantir des conditions d'installation définies. Cela s'applique donc aux connexions de puissance qui doivent être établies lors de l'installation et de la maintenance.

Pour les raccordements d'extrémités de câbles libres sur les circuits imprimés, des technologies de raccordement innovantes s'imposent au lieu de la soudure. Les raccordements autodénudants, par exemple, ne nécessitent aucun traitement préalable de l'extrémité du conducteur et offrent - tout comme les technologies de raccordement à ressort - un grand confort et une fiabilité maximale. Pour les connexions de données, les conditions ambiantes définissent les exigences. Ainsi, des connecteurs de données protégés par IP s'imposent en cas de degré de pollution élevé ou d'environnement humide, et des connexions de données de qualité industrielle en cas d'exigences mécaniques rudes.

Conclusion

Il en va de même pour les systèmes de stockage d'énergie : si l'on économise sur l'investissement initial, on en paie le prix en cours d'exploitation. À cela s'ajoute le fait que ces appareils et installations sont souvent exploités dans des applications importantes pour le système. Pour que la vision d'une All Electric Society soit une réussite, la fiabilité est donc une propriété importante. Les connexions électriques jouent ici un rôle crucial. Une grande attention devrait leur être accordée.

Auteur: Dr. Rüdiger Meyer

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