Os acumuladores de energia conectam setores, mas o que conecta os acumuladores de energia? A importância da tecnologia de conexão inovadora para a operação segura dos acumuladores de energia e para a realização da All Electric Society.

Sistema de acumuladores de energia em bateria em design de contêineres

Resumo

Os sistemas estacionários de acumuladores de energia são um elo indispensável no acoplamento setorial. Sua segurança e confiabilidade dependem principalmente da tecnologia de conexão elétrica utilizada. Ela garante a transmissão de energia e dados sem interferências.

Acumuladores de energia na All Electric Society

A mitigação das mudanças climáticas e a redução das dependências geopolíticas são algumas das questões mais importantes da nossa era. A ideia de uma All Electric Society e, dentro dela, o acoplamento setorial oferece soluções possíveis. Nossa sociedade, edifícios, instalações de produção, mobilidade e infraestrutura precisam estar interligados em termos de energia e tecnologia da informação. Na All Electric Society, isso é feito com base em fontes de energia renováveis que estão infinitamente disponíveis e não produzem emissões prejudiciais.

As energias eólica e solar não estão constantemente disponíveis. No entanto, a sociedade moderna tem uma fome constante de energia, 24 horas por dia. Um fornecimento estável só pode ser alcançado se houver um armazenamento temporário de energia excedente suficiente para que ela possa ser disponibilizada novamente em uma data posterior, se necessário – por exemplo, por meio de sistemas acumuladores de energia em baterias.

Módulo de bateria com células de bateria e placa de circuito impresso de balanceamento

Estrutura e modo de operação

Dependendo da capacidade, esses sistemas estacionários são alojados em caixas de aparelhos, quadros de comando ou até mesmo contêineres. No entanto, a estrutura modular básica é sempre semelhante. Há três tipos de conexões elétricas: a conexão de energia, a conexão de sinais e a conexão de dados, que é sinônimo de transmissão de fluxos de energia, sinais analógicos para monitoramento e controle e sinais digitais.

A menor unidade de um sistema de acumuladores de energia em baterias é a célula da bateria, o elemento de armazenamento real. Muitas dessas células são combinadas em um módulo de bateria e interconectadas eletricamente (energia). Um circuito eletrônico garante um status de carga/descarga equilibrado para todas as células. Isso é chamado de equilíbrio celular (sinalização). Os sensores de temperatura monitoram o comportamento térmico das células (sinais).

Rack de bateria com regulador IPE e módulos de bateria

O rack de bateria consiste em um regulador IPE na posição superior e vários módulos de bateria

Vários módulos de bateria são combinados para formar um gabinete de armazenamento e conectados no nível de energia. Todos os módulos trocam informações (dados) entre si e com a unidade de controle do gabinete de armazenamento, o chamado regulador IPE. Para conectar sensores externos, por exemplo, os módulos de bateria e as PCUs geralmente contam com interfaces de sinal, além de conexões de energia e dados.

Estrutura modular do sistema de acumuladores de energia

No sistema, vários gabinetes de armazenamento são interconectados nos três níveis de energia, sinais e dados mencionados anteriormente. O gerenciamento do sistema é o controlador superior no nível mais alto. É aqui que todas as conexões elétricas dos gabinetes de armazenamento se unem novamente. Ele também contém as interfaces externas do sistema de acumuladores de energia. A energia é trocada com a rede por meio da eletrônica de potência. Os sinais de várias unidades auxiliares convergem para o gerenciamento do sistema, por exemplo, para o sistema de extinção de incêndios. O gerenciamento do sistema se comunica com o operador de rede e com os provedores de serviços que podem acessar o sistema de armazenamento por meio das conexões de dados correspondentes.

O sistema cardiovascular do acumulador de energia

As conexões elétricas dentro do sistema de acumuladores de energia podem ser visualizadas como seus sistemas nervoso e cardiovascular. Os fluxos de energia correspondem à corrente sanguínea, por meio da qual a energia vital é transportada, e aos sinais para os nossos sentidos – por exemplo, para temperaturas, gases e impressões visuais. As linhas de dados são usadas para trocar informações, de forma semelhante aos nervos. Se algo estiver errado com o sistema circulatório ou nervoso, isso significa que a pessoa não está bem e ficará doente. Isso é semelhante no sistema de acumuladores de energia. As falhas nas conexões elétricas causam mau funcionamento e falhas no sistema e podem até mesmo levar à destruição de todo o sistema com a constelação correspondente.

Exemplos de erro na tecnologia de conexão

Três exemplos mostram como a tecnologia de conexão é importante, começando pelo cabeamento elétrico:

Em muitos casos, uma conexão a parafuso clássica é usada para conectar os módulos de bateria no nível de energia. As conexões a parafuso podem se soltar em circunstâncias desfavoráveis. Se ocorrerem falhas ao conectar pela primeira vez ou durante a manutenção subsequente, isso levará ao aumento da resistência de contato. Na melhor das hipóteses, isso é expresso em perdas de calor, mas na pior das hipóteses, em superaquecimento grave, que pode até mesmo levar o acumulador a pegar fogo e, portanto, à sua destruição completa.
Uma conexão de sinal típica é a conexão de um cabo de sensor de corrente a uma placa de circuito impresso. Eles geralmente são soldados diretamente, o que acarreta o risco das chamadas juntas de solda fria em conjunto com as extremidades expostas do cabo. Isso resulta em informações de sinal incorretas, por exemplo, correntes medidas muito baixas. Se as correntes de carga e descarga fossem muito altas, a bateria envelheceria muito mais rapidamente.
As conexões de dados geralmente são estabelecidas usando cabos Patch, ou seja, cabos plugáveis. Se a qualidade, ou seja, tolerâncias dimensionais rígidas e superfícies de contato de alta qualidade, não for garantida, poderão ocorrer erros durante a transmissão de dados. Isso leva ao mau funcionamento do sistema ou até mesmo a falhas no sistema e, no pior dos casos, até mesmo a danos ao hardware.

Tecnologia de conexão para sistemas de acumuladores de energia

Tecnologias de conexão inovadoras para energia, sinais e dados para uso em sistemas de acumuladores de energia

Recomendações para a seleção da tecnologia de conexão

Como os erros descritos acima, que sempre levam a perdas financeiras para os operadores de sistemas de acumuladores de energia, podem ser evitados? Para conexões elétricas, devem ser usados conetores sempre que não for possível garantir condições de instalação definidas. Portanto, isso se aplica às conexões de energia que devem ser feitas durante a instalação e a manutenção.

Tecnologias inovadoras de conexão podem ser usadas em vez de solda ao conectar extremidades de cabos livres a placas de circuito impresso. As conexões auto-decapantes, por exemplo, não exigem nenhum pré-tratamento da extremidade do condutor e, assim como as técnicas de conexão por mola, oferecem um alto nível de conveniência e máxima confiabilidade. As condições ambientais definem os requisitos para as conexões de dados. Por exemplo, os conectores de dados com proteção IP são ideais para altos graus de impurezas ou ambientes úmidos, e as conexões de dados de grau industrial para requisitos mecânicos severos.

Resumo

O mesmo se aplica aos sistemas de acumuladores de energia: se você economizar no investimento inicial, pagará mais caro durante a operação. Além disso, esses dispositivos e instalações são frequentemente operados em aplicações relevantes para o sistema. Portanto, a confiabilidade é uma característica importante para que a visão de uma All Electric Society seja bem-sucedida. As conexões elétricas desempenham um papel decisivo aqui. Eles devem receber um alto nível de atenção.