Tecnologia de Conectores Elétricos para Sistemas de Armazenamento de Energia

Armazenamento de Energia

Os sistemas de armazenamento de energia desempenham um papel crucial no desenvolvimento das energias renováveis. Um fornecimento estável de energia só é garantido se a volatilidade da fonte tiver um sistema de armazenamento eficiente e confiável. Isso depende muito da tecnologia de conexão elétrica e do projeto de um sistema de armazenamento de energia a partir das informações de fluxo de energia e de dados (Figura 1).

Figura 1: Os sistemas de armazenamento de energia devem ser rápidos, confiáveis ​​e econômicos. As conexões de bateria plug-in desempenham um papel importante nisso. (Fonte: Phoenix Contact)

Projeto Típico de Sistema de Armazenamento de Energia

Geralmente, um sistema de armazenamento de energia de bateria galvânica é modular em design (Figura 2). Com algumas limitações, os usuários podem aplicar essa modularidade em grandes sistemas de armazenamento para sistemas de armazenamento doméstico menores. O primeiro elemento é a conexão das células da bateria para aumentar a corrente ou a tensão (Figura 3). É aqui que as conexões elétricas são encontradas neste nível muito básico.

Figura 2: Design de sistema de armazenamento de energia típico – do módulo de armazenamento em um rack até todo o sistema com suas interfaces externas. (Fonte: Phoenix Contact)
Figura 3: Visão geral de um módulo de armazenamento com baterias, BMS PCB e interfaces internas e externas. (Fonte: Phoenix Contact)

O Módulo de Bateria

Um grande número de células integradas em um mesmo alojamento é conhecido como módulo de armazenamento. O Sistema de Gerenciamento de Bateria (ou BMS – Battery Management System) monitora e controla o módulo de armazenamento. O BMS supervisiona os processos de carga e descarga das células da bateria para que todas as células sejam carregadas e descarregadas uniformemente. Isso também é chamado de balanceamento. Para habilitar o balanceamento, cada um dos grupos de células conectados em paralelo é controlado separadamente. Juntamente com as duas conexões – positivas e negativas – o BMS também possui um grande número de conexões com os grupos de células individuais (consulte a Figura 3).

Um sistema lógico processa todas as informações sobre o status do módulo de bateria. Cada BMS precisa de uma interface de dados. As conexões de dados e energia são roteadas dos PCBs do BMS para o compartimento do módulo. As conexões de parafuso são usadas para a alimentação, enquanto o plug-in é usado principalmente para a interface de dados.

Conectando módulos de bateria em um rack

A tensão de um módulo de bateria individual está normalmente dentro de uma faixa de 24 V a 96 V. No entanto, a tensão do sistema geralmente está em um nível muito mais alto. Portanto, vários módulos de bateria são conectados em série e, na maioria dos casos, integrados fisicamente nos racks correspondentes (consulte Figura 2). Os módulos individuais também são conectados entre si para comunicação de dados, com pelo menos uma linha de dados roteada de cada módulo.

Cada rack também inclui um controlador—conhecido como rack BMS. O rack BMS foi projetado para ser conectado a módulos de bateria por meio de conexões de energia. Uma interface de alimentação adicional conecta o rack ao sistema de nível superior. O rack BMS possui várias interfaces de dados para o tráfego de dados e várias entradas de tecnologia de sensores. A partir das interfaces externas na carcaça do rack BMS, as conexões são roteadas de volta internamente para várias PCBs.

O Sistema de Armazenamento de Energia

Dependendo da escala, vários racks de armazenamento são integrados para formar um sistema de nível superior. Este também possui seu próprio controlador para comunicação remota de carga e descarga. Equipamentos de ar condicionado, bem como sensores de incêndio e equipamentos de supressão de incêndio devem ser incluídos.

Uma infinidade de conexões elétricas diferentes desempenha um papel crucial com os componentes do sistema e a conexão externa do sistema de armazenamento. Um equívoco é que apenas os fluxos de energia precisam ser considerados, mas isso não é verdade. Usando uma conexão digital do sistema de armazenamento à rede do gerador solar ou eólico, conseguimos o uso mais eficiente de um sistema de armazenamento de energia.

Erros potenciais da tecnologia de conexão e suas consequências

O número de erros potenciais na tecnologia de conexão é absolutamente gerenciável. A probabilidade de erros depende da qualidade dos componentes utilizados, do design da tecnologia para a aplicação e das qualificações do usuário. Um pré-requisito fundamental para evitar avarias em sistemas eletrônicos complexos é o design do dispositivo. Isso começa com a compreensão dos pontos fortes da tecnologia de conexão, requisitos ambientais (corrosão se exposto à umidade) e os graus de proteção. Além disso, considere as vibrações nos conectores onde os parafusos não são apertados (Figura 4).

Figura 4: Com conexões aparafusadas, há um risco maior de aumentos de alta temperatura devido a maior resistência de contato. (Fonte: Phoenix Contact)

Otimização de Custo

A falha ou mesmo a destruição completa de um sistema de armazenamento de energia devido a um erro é o pior cenário. Projetos ou estados de sistema abaixo do ideal também podem causar custos inesperados que são fáceis de evitar na maioria dos casos.

Os conectores de alimentação externa de um módulo de bateria são usados ​para diminuir riscos e melhorar o projeto. Mesmo uma conexão corretamente projetada e em conformidade com as diretrizes pode levar a perdas de mais de 1.000 kWh por módulo durante toda a vida útil. O investimento inicial em um conector de alta qualidade se paga rapidamente.

Resumo

O projeto, a qualidade e o uso correto da tecnologia de conexão estão intimamente relacionados ao custo, confiabilidade e eficiência desses sistemas. Um compromisso que inicialmente parece ser barato leva muitas vezes a altos custos de operação e falhas do sistema. É importante usar fabricantes qualificados ao projetar a tecnologia de conexão em todos os níveis de um sistema de armazenamento de energia. A Phoenix Contact pode fornecer todos os conectores necessários para construir sistemas de armazenamento de energia completos.

Artigo escrito por Dr. Rüdiger Meyer e publicado no blog da Mouser Electronics: Electrical Connection Technology for Energy Storage Systems

Traduzido por Equipe Embarcados.Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados

(*) este post foi patrocinado pela Mouser Electronics

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