Energiakkumulatorer forbinder sektorer, men hva forbinder energiakkumulatorer? Betydningen av innovativ tilkoblingsteknikk for sikker drift av energiakkumulatorer og for implementering av All Electric Society.

Batteri-energilagringssystem i containerkonstruksjon

Kortversjon

I sektorkoblingen er stasjonære energilagringssystemer et uunnværlig bindeledd. Deres sikkerhet og pålitelighet er ikke minst avhengig av den elektriske tilkoblingsteknikken som benyttes. Den sørger for feilfri overføring av effekt og data.

Energiakkumulator i All Electric Society

Stanse klimaendringene og redusere geopolitiske avhengighetsforhold, dette er blant vår tids viktige temaer. Ideen om et All Electric Society og sektorkobling i denne, er tilnærminger til løsninger på disse temaene. Målet er å nettorganisere samfunnet vårt, bygninger, produksjonsanlegg, mobilitet og infrastruktur energi- og informasjonsteknisk. I All Electric Society foregår dette med utgangspunkt i fornybare energikilder som er tilgjengelige i det uendelige og som ikke genererer skadelige emisjoner.

Vind- og solenergi er ikke konstant tilgjengelige. Det moderne samfunnet er likevel konstant sultent på energi, 24 timer i døgnet. En stabil forsyning er bare mulig dersom overskuddsenergi mellomlagres i tilstrekkelig grad, slik at de, når det er nødvendig, kan stilles til rådighet igjen med en tidsforskyvning – som for eksempel våre batteri-energilagringssystemer.

Batterimodul med battericeller og Balancing-kretskort

Oppbygging og virkemåte

Avhengig av kapasiteten er disse stasjonære systemene plassert i utstyrshus, automasjonsskap eller til og med i containere. Den prinsipielle modulære oppbyggingen er likevel alltid ganske lik. Når det gjelder de elektriske forbindelsene, skiller man mellom tre typer: effektforbindelse, signalforbindelse og dataforbindelse, ensbetydende med overføring av energistrøm, analoge signaler for overvåking og styring samt overføring av digitale signaler.

Den minste enheten i et batterienergilager er battericellen, som også er det egentlige lagringselementet. Mange av disse cellene er slått sammen i en batterimodul og innbyrdes elektrisk sammenkoblet (effekt). En elektronisk kobling sørger for en jevn lade-/utladingstilstand i alle cellene. I denne sammenheng snakker man om Cell Balancing (signaler). Temperatursensorer overvåker cellenes termiske egenskaper (signaler).

Batterirack med Power Control Unit og batterimoduler

Batterirack med Power Control Unit i øvre posisjon og flere batterimoduler

Flere batterimoduler slås sammen til et lagringsskap, og tilkobles på effektnivå. Samtlige moduler utveksler informasjon (data) med hverandre og med lagringsskapets kontrollenhet, den såkalte Power Control Unit (PCU). For å utelukke for eksempel eksterne sensorer har både batterimoduler og PCU, i tillegg til effekt- og datatilkoblinger, ofte også signalgrensesnitt.

Modulær oppbygging av energilagringssystemet

I systemet er flere lagringsskap koblet til hverandre på de tre nevnte nivåene effekt, signaler og data. Den overordnede kontrolleren på høyeste nivå utgjør systemstyringen. Her forløper på nytt alle elektriske forbindelser fra lagringsskapene. I tillegg finner man her energiakkumulatorens eksterne grensesnitt. Energien utveksles med nettet gjennom effektelektronikk. Signaler fra forskjellige hjelpeaggregater møter hverandre i systemstyringen, for eksempel for brannslukkingssystemet. Via tilhørende dataforbindelser kommuniserer systemstyringen med nettoperatøren og med tjenesteytere med tilgang til lageret.

Hjerte-kar-systemet i energiakkumulatoren

De elektriske forbindelsene i energiakkumulatoren kan forklares billedlig som dennes nerve- og hjerte-kar-system. Energistrømmer tilsvarer blodkretsløpet som livsenergien transporteres via, signalene tilsvarer sansene våre – for eksempel for temperaturer, gass og optiske inntrykk. Dataledningene brukes til informasjonsutveksling, på samme måte som nervene. Hvis noe ikke stemmer med blodkretsløpet eller nervesystemet, har ikke mennesket det bra, og blir sykt. I et energilagringssystem er det mye på samme måte. Feil i de elektriske forbindelsene skaper systemfeil og svikt, og kan ved tilsvarende konstellasjon til og med føre til at hele systemet blir ødelagt.

Eksempler på feil ved tilkoblingsteknikk

Tre eksempler viser hvor viktig tilkoblingsteknikk er, og vi starter med effektkablingen:

For å tilkoble batterimoduler på effektnivå brukes det i mange tilfeller en klassisk skruforbindelse. Under ugunstige forhold kan skruforbindelser løsne. Hvis det ved første tilkobling eller ved vedlikehold i ettertid oppstår avvik, fører dette til økt overgangsmotstand. Disse kommer i beste fall til uttrykk i form av varmetap, i verste fall likevel i form av kraftig oppvarming som til og med kan føre til brann i et lager og dermed til fullstendig ødeleggelse av dette.
En typisk signalforbindelse er tilkobling av en strømsensorkabel til et kretskort. Disse blir ofte loddet direkte, noe som sammen med åpne ledningsender utgjør en fare for såkalte kalde loddepunkter. Konsekvensene er feilaktig signalinformasjon, for eksempel strøm som måles for lavt. For høy lade- og utladingsstrøm ville ha ført til at batteriet aldres betydelig raskere.
Dataforbindelser opprettes ofte gjennom patchekabler, det vil si pluggbare ledninger. Hvis man her ikke er nøye med kvaliteten, for eksempel i forbindelse med dimensjonstoleranser og kontaktoverflater, kan det oppstå feil i dataoverføringen. Dette fører til systemfeil eller til og med til systemsvikt, i verste tilfelle til og med til skader på maskinvaren.

Tilkoblingsteknikk for energilagringssystemer

Innovative tilkoblingsteknikker for effekt, signaler og data for bruk i energilagringssystemer

Anbefalinger ved valg av tilkoblingsteknikk

Hvordan kan de beskrevne feilene, som alltid fører til økonomiske tap for operatørene av energiakkumulatorene, forhindres? For effektforbindelser bør det brukes pluggforbindelser overalt der definerte installasjonsbetingelser ikke kan sikres. Dette gjelder dermed for effektforbindelser som må opprettes ved installering og vedlikehold.

Ved tilkobling av åpne ledingsender på kretskort er innovative tilkoblingsteknikker et godt alternativ til lodding. IDC-tilkoblinger forutsetter som eksempel ingen forbehandling av lederenden og gir, på samme måte som fjærtilkoblingsteknikker, høy komfort og optimal pålitelighet. Ved datatilkoblinger er det miljøforholdene som definerer kravene. Ved høy forurensningsgrad eller fuktige omgivelser er IP-beskyttede datapluggforbindere velegnet, og ved røffe mekaniske krav datapluggforbindere i industrikvalitet.

Fasit

Også for energilagringssystemer gjelder følgende: Den som sparer på investeringene i oppstarten, betaler desto mer under drift. I tillegg følger at disse enhetene og anleggene ofte brukes i anvendelser som er relevante for systemet. For at visjonen om All Electric Society skal kunne bli virkelighet, er pålitelighet derfor en viktig egenskap. De elektriske forbindelsene spiller her en avgjørende rolle. De bør få mest mulig oppmerksomhet.