I sistemi di accumulo collegano i settori, ma cosa collega i sistemi di accumulo? L'importanza di una tecnologia di connessione innovativa per il funzionamento sicuro dei sistemi di accumulo e per la realizzazione della All Electric Society.

Sistema a batteria nella progettazione di container

Sintesi

I sistemi a batteria stazionari sono un anello indispensabile dell'accoppiamento settoriale. La loro sicurezza e affidabilità dipendono anche dalla tecnologia di connessione elettrica utilizzata. Assicura una trasmissione della potenza e dei dati priva di interferenze.

Sistemi di accumulo nella All Electric Society

La mitigazione dei cambiamenti climatici e la riduzione delle dipendenze geopolitiche sono tra le questioni più importanti del nostro tempo. L'idea di una All Electric Society e, al suo interno, dell'accoppiamento settoriale offre possibili soluzioni. La nostra società, gli edifici, gli impianti di produzione, la mobilità e le infrastrutture devono essere collegati in rete in termini di energia e sistema informatico. Nella All Electric Society, ciò avviene sulla base di fonti energetiche rinnovabili, disponibili all'infinito e che non producono emissioni nocive.

L'energia eolica e solare non sono costantemente disponibili. Tuttavia, la società moderna ha una costante fame di energia, 24 ore al giorno. Una fornitura stabile può essere ottenuta solo se una quantità sufficiente di energia in eccesso viene temporaneamente immagazzinata e resa nuovamente disponibile in un secondo momento, se necessario, ad esempio tramite sistemi a batteria.

Modulo batteria con celle e balancing del circuito stampato

Struttura e funzionamento

A seconda della capacità, questi sistemi fissi sono alloggiati in custodie per apparecchi, quadri elettrici o addirittura in contenitori. Tuttavia, la struttura modulare di base è sempre simile. Esistono tre tipi di connessioni elettriche: la connessione di potenza, la connessione di segnale e la connessione di dati, che è sinonimo di trasmissione di flussi di energia, segnali analogici per il monitoraggio e il controllo nonché segnali digitali.

L'unità più piccola di un sistema a batteria è la cella della batteria, l'elemento di accumulo vero e proprio. Molte di queste celle sono combinate in un modulo batteria e interconnesse elettricamente (potenza). Un circuito elettronico assicura uno stato di carica/scarica equilibrato per tutte le celle. In questo contesto si parla di balancing delle celle (segnale). I sensori di temperatura monitorano il comportamento termico delle celle (segnali).

Rack per batterie costituito da Power Control Unit e moduli di batterie

Rack di batterie costituito da Power Control Unit in posizione superiore e da diversi moduli di batterie

Diversi moduli di batterie vengono combinati per formare un armadio di stoccaggio e collegati a livello di potenza. Tutti i moduli scambiano informazioni (dati) tra loro e con l'unità di controllo dell'armadio di accumulo, la cosiddetta Power Control Unit (PCU). Per collegare sensori esterni, ad esempio, sia i moduli batteria che le PCU sono spesso dotati di interfacce di segnale oltre alle connessioni di alimentazione e dati.

Progettazione modulare del sistema di accumulo

Nel sistema, diversi armadi di accumulo sono interconnessi ai tre livelli sopra menzionati di potenza, segnali e dati. Il controllore sovraordinato al livello più alto rappresenta la gestione del sistema. Qui si riuniscono tutte le connessioni elettriche degli armadi. Inoltre, contiene le interfacce esterne del sistema di accumulo. L'energia viene scambiata con la rete attraverso l'elettronica di potenza. I segnali provenienti da diverse unità ausiliarie convergono nella gestione del sistema, ad esempio per l'impianto di estinzione incendi. La gestione del sistema comunica con il gestore di rete e con i fornitori di servizi che possono accedere al sistema di accumulo tramite connessioni dati corrispondenti.

Il sistema cardiovascolare del sistema di accumulo

Le connessioni elettriche all'interno del sistema di accumulo possono essere paragonate ai sistemi nervoso e cardiovascolare. I flussi energetici corrispondono al flusso sanguigno attraverso il quale viene trasportata l'energia vitale, i segnali ai nostri sensi - ad esempio per le temperature, i gas e le impressioni visive. Le linee dati vengono utilizzate per lo scambio di informazioni, in modo simile ai nervi. Se ci sono disfunzioni nel sistema circolatorio o nervoso, la persona interessata non sta bene e si ammala. Lo stesso vale per il sistema di accumulo. I difetti nelle connessioni elettriche causano malfunzionamenti e guasti del sistema e possono persino portare alla distruzione dell'intero sistema se la costellazione è corretta.

Esempi di errori nella tecnologia di connessione

Tre esempi mostrano l'importanza della tecnologia di connessione, a partire dal cablaggio di potenza:

In molti casi, per collegare i moduli della batteria a livello di potenza si utilizza un classico collegamento a vite. I collegamenti a vite possono allentarsi in circostanze sfavorevoli. Se durante il primo collegamento o la manutenzione successiva si verificano omissioni, può realizzarsi un aumento della resistenza di contatto. Nel migliore dei casi, ciò si esprime in perdite di calore, ma nel peggiore dei casi in un grave surriscaldamento, che può persino portare all'incendio del serbatoio di accumulo e quindi alla sua completa distruzione.
Un tipico collegamento di segnale è il collegamento di un cavo del sensore di corrente a un circuito stampato. Spesso vengono saldati direttamente, il che comporta il rischio delle cosiddette saldature a freddo in combinazione con le estremità dei cavi esposte. Ciò comporta informazioni di segnale errate, ad esempio correnti misurate troppo basse. Se le correnti di carica e scarica fossero troppo elevate, la batteria invecchierebbe molto più rapidamente.
Le connessioni di dati sono spesso stabilite con cavi patch, vale a dire cavi innestabili. Se non si garantisce la qualità, ad esempio con tolleranze dimensionali ridotte e superfici contatti di alta qualità, si possono verificare errori durante la trasmissione dei dati. Questi portano a malfunzionamenti o addirittura a guasti del sistema, nel peggiore dei casi anche a danni all'hardware.

Tecnologia di connessione per i sistemi a batteria

Tecnologie di connessione innovative per la potenza, i segnali e i dati da utilizzare nei sistemi di accumulo

Raccomandazioni per la scelta della tecnologia di connessione

Come si possono evitare gli errori descritti sopra, che portano sempre a perdite finanziarie per gli operatori dei sistemi di accumulo? Per le connessioni di potenza, i connettori devono essere utilizzati quando non è possibile garantire condizioni di installazione definite. Questo vale quindi per le connessioni di potenza che devono essere effettuate durante l'installazione e la manutenzione.

Per collegare le estremità dei cavi liberi ai circuiti stampati si possono utilizzare tecnologie di connessione innovative invece della saldatura. Le connessioni a perforazione di isolante, ad esempio, non richiedono alcun pretrattamento dell'estremità del conduttore e, proprio come le tecnologie di connessione a molla, offrono un elevato comfort e la massima affidabilità. Le condizioni ambientali definiscono i requisiti per le connessioni dati. Ad esempio, i connettori dati con protezione IP sono ideali per ambienti con un elevato grado di inquinamento o umidi, mentre i connettori dati di tipo industriale sono adatti a requisiti meccanici difficili.

Conclusione

Lo stesso vale per i sistemi di accumulo: se si risparmia sull'investimento iniziale, si pagherà di più durante il funzionamento. Inoltre, questi dispositivi e sistemi sono spesso utilizzati in applicazioni rilevanti per il sistema. L'affidabilità è quindi una caratteristica importante per il successo della visione di una All Electric Society. Le connessioni elettriche svolgono un ruolo decisivo in questo caso. A loro va riservata grande attenzione.