Energilagringsmodulerna kopplar samman sektorer, men hur kopplas energilagringssystemen ihop? Betydelsen av innovativ anslutningsteknik för säker drift av energilagringsmoduler och för att förverkliga All Electric Society.

Batterilagringssystem i containerkonstruktion

Sammanfattning

Stationära energilagringssystem är en oumbärlig länk i sektorkopplingen. Säkerheten och tillförlitligheten beror inte minst på vilken elektrisk anslutningsteknik som används. Den säkerställer störningsfri kraft- och dataöverföring.

Energilagringsmoduler i All Electric Society

Att begränsa klimatförändringarna och minska geopolitiska beroendeförhållanden är några av vår tids viktigaste frågor. Idén om ett All Electric Society med integrerad sektorkoppling erbjuder möjliga lösningar. Samhället, fastigheter, produktionsanläggningar, transportsektorn och hela infrastrukturen behöver sammankopplas i nätverk av energi och informationsteknik. I All Electric Society sker detta med hjälp av förnybara energikällor som är oändligt tillgängliga och inte ger upphov till några skadliga utsläpp.

Vind- och solenergi är inte ständigt tillgängliga. Men det moderna samhället har ett ständigt energibehov, 24 timmar om dygnet. En stabil försörjning kan endast uppnås om tillräckligt med överskottsenergi lagras tillfälligt så att den vid behov kan göras tillgänglig igen vid ett senare tillfälle – t.ex. via batterilagringssystem.

Batterimodul med battericeller och balanseringskretskort

Konstruktion och funktionssätt

Beroende på kapacitet är dessa stationära system inrymda i apparatskåp, styrskåp eller till och med containrar. Den grundläggande modulära strukturen är dock alltid densamma. Det finns tre typer av elektriska anslutningar: kraftanslutning, signalanslutning och dataanslutning, vilket är synonymt med överföring av energiflöden, analoga signaler för övervakning och styrning samt digitala signaler.

Den minsta enheten i ett batterilagringssystem är battericellen, det faktiska lagringselementet. Många av dessa celler kombineras i en batterimodul och kopplas samman elektriskt (kraft). En elektronisk krets säkerställer en balanserad laddnings-/urladdningsstatus för alla celler. Detta kallas för cellbalansering (signaler). Temperaturgivare övervakar cellernas termiska beteende (signaler).

Batterirack med regulator för energiproduktionsanläggningar och batterimoduler

Batterirack bestående av regulator för energiproduktionsanläggningar högst upp samt flera batterimoduler

Flera batterimoduler kombineras till ett batterilagringsskåp och ansluts på kraftnivå. Alla moduler utbyter information (data) med varandra och med styrenheten i batterilagringsskåpet, i regulatorn för energiproduktionsanläggningar, den så kallade PCU eller Power Control Unit. För att t.ex. kunna ansluta externa sensorer har både batterimoduler och PCU:er ofta såväl signalgränssnitt som el- och dataanslutningar.

Modulär utformning av energilagringssystemet

I systemet är flera batterilagringsskåp sammankopplade på de ovan nämnda nivåerna kraft, signaler och data. Systemstyrningen är den överordnade styrningen på högsta nivå. Här samlas alla elektriska anslutningar från batterilagringsskåpen. Här finns också de externa gränssnitten för energilagringsmodulen. Energin matas in i och tas ut från elnätet via kraftelektronik. Signaler från olika hjälpenheter sammanstrålar i systemstyrningen, t.ex. för brandsläckningssystemet. Via dataförbindelser kommunicerar systemstyrningen med nätoperatören och med tjänsteleverantörer som kan komma åt lagringssystemet.

Energilagringsmodulens hjärta och blodomlopp

De elektriska förbindelserna inne i energilagringsmodulen kan ses som modulens hjärta och blodomlopp. Energiflödena i "ådrorna" motsvarar den livgivande transporten för bland annat signaler till våra sinnen – till exempel för temperaturer, gaser och synintryck. Datakablarna används för att utbyta information, på samma sätt som nerverna. Om något är fel med blodomloppet eller nervsystemet mår personen inte bra och blir sjuk. Detta är liknande i energilagringssystemet. Fel i de elektriska anslutningarna orsakar systemfel och kan till och med leda till att hela systemet förstörs, lite beroende på konstellationen.

Exempel på fel i anslutningstekniken

Tre exempel visar hur viktig anslutningstekniken är, och vi börjar med kraftkablarna:

I många fall används klassisk skruvanslutning för att ansluta batterimoduler på effektnivå. Skruvanslutningar kan lossna under ogynnsamma omständigheter. Om ett fel uppstår första gången de ansluts eller vid efterföljande underhåll, leder detta till ökat kontaktmotstånd. I bästa fall märks detta i form av värmeförluster, men i värsta fall i form av kraftig överhettning, vilket till och med kan leda till att batterilagret fattar eld och därmed förstörs helt.
En typisk signalanslutning är anslutningen av en strömgivarkabel till ett kretskort. Dessa löds ofta direkt, vilket medför risk för så kallade kalla lödfogar i samband med exponerade kabeländar. Detta resulterar i felaktig signalinformation, t.ex. för låga strömvärden. Om ladd- och urladdningsströmmarna är för höga åldras batteriet mycket snabbare.
Dataförbindelser upprättas ofta med hjälp av patchkablar, dvs. jackbara kablar. Om kvalitet i form av t.ex. snäva dimensionstoleranser och högkvalitativa kontaktytor inte kan garanteras, kan fel uppstå vid dataöverföringen. Dessa leder till systemstörningar eller till och med systemfel, i värsta fall även till skador på maskinvaran.

Anslutningsteknik för energilagringssystem

Innovativa anslutningstekniker för kraft, signaler och data för användning i energilagringssystem

Rekommendationer för val av anslutningsteknik

Hur undviker man de fel som beskrivs ovan, och som alltid leder till ekonomiska förluster för dem som äger och driver energilagringsmodulerna? För kraftanslutningar bör jackbara anslutningar användas där inga definierade installationsförhållanden kan säkerställas. Detta gäller också för kraftanslutningar som behövs vid installation och underhåll.

Innovativa anslutningstekniker kan användas istället för lödning vid anslutning av exponerade kabeländar till kretskortet. Till exempel IDC-anslutningar kräver ingen förbehandling av kabeländen och ger bekväm och maximalt tillförlitlig anslutning, precis som fjäderanslutningstekniken. Omgivningsförhållandena avgör vilka krav som måste ställas på dataanslutningar. IP-skyddade datakontakter är till exempel idealiska för miljöer med mycket smuts eller fukt, och om det ställs tuffa mekaniska krav används industrikvalitet.

Resultat

Detsamma gäller för energilagringssystem: Om du sparar in på basinvesteringen betalar du mer under driften. Dessutom används dessa enheter och system ofta i systemrelevanta tillämpningar. Tillförlitlighet är därför en viktig egenskap om visionen om All Electric Society ska lyckas. Här spelar de elektriska anslutningarna en avgörande roll. Därför bör dessa tas på största allvar.