23.02.2024

Os acumuladores de energia ligam sectores, mas o que liga os acumuladores de energia? A importância de uma tecnologia de ligação inovadora para a operação segura de acumuladores de energia e para a implementação da All Electric Society.

Sistema de acumulação de energia de bateria em formato de contentores

Versão resumida

Os sistemas estacionários de acumulação de energia são um elo indispensável no acoplamento sectorial. A sua segurança e fiabilidade dependem, nomeadamente, da tecnologia de ligação elétrica usada. Esta garante uma transmissão de energia e de dados sem interferências.

Acumuladores de energia na All Electric Society

A atenuação das alterações climáticas e a redução das dependências geopolíticas são algumas das questões mais importantes da atualidade. A ideia de uma All Electric Society e, dentro dela, o acoplamento sectorial oferece soluções possíveis. A tarefa consiste em interligar a nossa sociedade, edifícios, instalações de produção, mobilidade e infraestruturas em termos de energia e de tecnologia da informação. Na All Electric Society, isto é feito com base em fontes de energia renováveis que estão infinitamente disponíveis e não produzem emissões nocivas.

A energia 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 ocorrer um armazenamento temporário de energia excedente suficiente para voltar a ser disponibilizada, quando for necessária e de forma diferida – p. ex., através de sistemas de acumulação de energia de bateria.

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

Estrutura e modo de funcionamento

Dependendo da capacidade, estes sistemas estacionários são alojados em invólucros de equipamentos, quadros de comando ou até em contentores. No entanto, a estrutura modular de base é sempre semelhante. Nas ligações elétricas existentes, distinguem-se três tipos: a ligação de potência, a ligação de sinais e a ligação de dados, o que equivale à transmissão de fluxos de energia, sinais analógicos para monitorização e controlo, bem como de sinais digitais.

A unidade mais pequena de um acumulador de energia de bateria é representado pela célula de bateria, o elemento de armazenamento propriamente dito. Muitas destas células são agrupadas num módulo de bateria e interligadas de forma elétrica (potência). Um circuito eletrónico assegura um estado de carga/descarga equilibrado de todas as células. Este processo é designado por equilíbrio entre células (sinais). Os sensores de temperatura monitorizam o comportamento térmico das células (sinais).

Rack de baterias com controlador do sistema de produção de energia e módulos de bateria

Rack de baterias composto por controlador do sistema de produção de energia em cima e vários módulos de bateria

Vários módulos de bateria são combinados para formar um armário de armazenamento e ligados ao nível de potência. Todos os módulos trocam informações (dados) entre si e com a unidade de controlo do armário de armazenamento, o chamado controlador do sistema de produção de energia (PCU). Para ligar, p. ex., sensores externos, para além de ligações de potência e de dados, tanto os módulos de bateria como o controlador do sistema de produção de energia também possuem interfaces de sinais.

Estrutura modular do sistema de acumulação de energia

No sistema, vários armários de armazenamento estão interligados nos três níveis acima mencionados de energia, sinais e dados. O controlador superior ao mais alto nível constitui a gestão do sistema. É aqui que se voltam a juntar todas as ligações elétricas dos armários de armazenamento. Este também contém as interfaces externas do acumulador de energia. A energia é trocada com a rede através da eletrónica de potência. Os sinais de várias unidades auxiliares convergem na gestão do sistema, p. ex., para o sistema de extinção de incêndios. A gestão do sistema comunica com o operador de rede e com os prestadores de serviços que podem aceder ao acumulador através das ligações de dados correspondentes.

O sistema cardiovascular do acumulador de energia

As ligações elétricas dentro do acumulador de energia podem ser descritas como os seus sistemas nervoso e cardiovascular. Os fluxos de energia correspondem à corrente sanguínea, através da qual a energia vital é transportada, os sinais aos nossos sentidos – por exemplo, para temperaturas, gases e impressões visuais. Os cabos de dados servem para trocar informações, à semelhança dos nervos. Se algo estiver errado com o sistema cardiovascular ou nervoso, a pessoa não está bem e adoece. O mesmo acontece com o sistema de acumulação de energia. As falhas nas ligações elétricas causam mau funcionamento e falhas no sistema e falhas totais e, numa constelação correspondente, podem resultar até na destruição de todo o sistema.

Exemplos de erros na tecnologia de ligação

Três exemplos mostram a importância da tecnologia de ligação, a começar pela cablagem de potência:

Em muitos casos, é utilizada uma ligação de parafuso clássica para ligar os módulos de bateria ao nível da potência. As uniões roscadas podem soltar-se em circunstâncias desfavoráveis. Se ocorrerem falhas durante a primeira ligação ou durante a manutenção subsequente, isso resulta no aumento das resistências de contacto. Na melhor das hipóteses, isto traduz-se em perdas de calor, mas na pior das hipóteses num sobreaquecimento grave, que pode mesmo levar a um incêndio do acumulador e, por conseguinte, na sua destruição total.
Uma ligação de sinais típica é a ligação de um cabo de sensor de corrente a uma placa de circuito impresso. Estas são frequentemente soldadas diretamente, o que acarreta o risco das chamadas juntas de soldadura a frio em conjunto com extremidades de cabos expostas. O resultado são informações de sinais incorretas, p. ex., medição de correntes demasiado baixas. A bateria envelheceria muito mais rapidamente devido a correntes de carga e descarga fossem demasiado elevadas.
As ligações de dados são frequentemente estabelecidas por de meio cabos patch, ou seja, cabos encaixáveis. Se não é assegurada a qualidade, no sentido de, p. ex., tolerâncias de dimensionamento apertadas e superfícies de contacto de alta qualidade, podem ocorrer erros durante a transmissão de dados. Estes resultam em falhas ou mesmo falhas totais do sistema e, no pior dos casos, até em danos no hardware.

Tecnologia de ligação para sistemas de acumulação de energia

Tecnologias de ligação inovadoras para energia, sinais e dados para uso em sistemas de acumulação de energia

Recomendações para a seleção da tecnologia de ligação

Como podem ser evitados os erros descritos, que resultam sempre em perdas financeiras para os operadores de acumuladores de energia? Nas ligações elétricas, deve-se usar conectores sempre que não seja possível estabelecer as condições de instalação definidas. Isto aplica-se, portanto, às ligações elétricas que devem ser estabelecidas durante a instalação e a manutenção.

Na ligação de extremidades de cabos em placas de circuito impresso, em vez da soldadura, podem ser utilizadas técnicas de ligação inovadoras. As ligações por corte de isolamento, p. ex., não requerem qualquer pré-tratamento da extremidade do condutor e – tal como as técnicas de ligação por mola – oferecem uma elevada comodidade e a máxima fiabilidade. No caso das ligações de dados, os requisitos são definidos pelas condições ambientais. Por exemplo, os conectores de dados com proteção IP são ideais para elevados graus de impurezas ou ambientes húmidos, no caso de requisitos mecânicos adversos devem ser preferidas ligações de dados com qualidade industrial.

Conclusão

O mesmo aplica-se aos sistemas de acumulação de energia: se poupar no investimento inicial, pagará mais durante o funcionamento. Além disso, estes equipamentos e sistemas são frequentemente usados em aplicações relevantes para o sistema. Isto significa que a fiabilidade é uma característica importante para o sucesso da visão de uma All Electric Society. As ligações elétricas desempenham aqui um papel decisivo. Devem ser objeto de um elevado nível de atenção.