Cómo conectar los bloques en sistemas comerciales de almacenamiento de energía

Se necesitan BESS (sistemas de almacenamiento de energía en baterías) comerciales para facilitar el uso y la integración de recursos de energía renovable en la red, como la potencia eólica y la energía solar. Los BESS son complejos e incluyen una batería grande, un inversor/transformador, un sistema de gestión de batería y comunicaciones y control de batería. El diseño óptimo de cada componente es esencial para la eficiencia y fiabilidad generales del BESS, pero no es suficiente. Cada bloque debe estar interconectado para soportar condiciones adversas y garantizar el mejor rendimiento. Para ello, los diseñadores deben mezclar y combinar una variedad de tipos de conectores a fin de llegar a las soluciones más rentables y confiables (Figura 1).

Figura 1: Los bloques que componen un BESS comercial requieren soluciones de conectores específicas para un funcionamiento fiable y eficiente de todo el sistema. (Fuente de imagen: Amphenol)

En este blog, haremos una revisión breve sobre algunos de los beneficios operativos de un BESS y los bloques utilizados para construir uno, y detallaremos las opciones de conector con conectores de ejemplo de Amphenol.

Beneficios del BESS

Instalar un BESS no es necesariamente un asunto altruista. Además de apoyar el uso y la integración de energías renovables en la red, un BESS brinda beneficios financieros que incluyen:

Gestión de cargos por demanda: Se requiere que muchas instalaciones paguen cargos por demanda en función del uso máximo de electricidad. El uso de un BESS para disminuir el consumo máximo de energía puede reducir los gastos generales de energía hasta en un 70 por ciento¹.

Cambio de carga: Los algoritmos de software pueden usarse para analizar los patrones de consumo de energía en comparación con las tarifas de electricidad según el tiempo de uso y determinar los mejores momentos para descargar el BESS durante los períodos de mayor costo.

Energía de respaldo: Los cortes de energía pueden ser costosos, y un BESS puede eliminar la necesidad de un UPS (sistema de alimentación ininterrumpida) separado o permitir el uso de un UPS más pequeño y menos costoso.

Bloques BESS

La selección de la batería requiere química que respalde las necesidades definidas de almacenamiento y suministro de potencia, el estilo de empaque de las celdas y la estructura de integración del sistema, como un bastidor de batería.

El BMS (sistema de gestión de la batería) garantiza índices óptimos de carga y descarga, controla la temperatura y estima la disponibilidad inmediata (estado de carga) y la fiabilidad anticipada a largo plazo (estado de salud) de la batería.

El control y la comunicación de la batería informan sobre el estado operativo y admiten el control remoto.

El inversor/transformador convierte la CC (corriente continua) de la batería en CA (corriente alterna) y conecta el BESS a la red.

Los factores clave de rendimiento para conectar estos bloques BESS incluyen:

• Alta potencia y densidades de señal
• Facilidad de instalación en el campo
• Alta confiabilidad en entornos hostiles y difíciles

Conexión de barras de bus

Para una solución de sistema de batería de alta densidad de potencia, los diseñadores pueden recurrir al arnés de cables BarKlip BK200 a fin de distribuir hasta 200 amperios (A) por contacto entre barras de bus, cables y placas de circuito (Figura 2). Tiene una resistencia máxima de 0.20 miliohmios (mΩ) por puerto, lo que lo hace muy eficiente. Este arnés de cables permite una conexión enchufable directa con una barra de bastidor del sistema y una barra de cobre de 3.00 milímetros (mm) de espesor, lo que facilita la instalación. Las 14 vigas en voladizo proporcionan un resorte compatible que se ajusta a las variaciones en la alineación de las barras de bus y el acabado de la superficie, lo que da como resultado una alta confiabilidad.

Figura 2: El arnés de cables BarKlip BK200 puede distribuir hasta 200 A por contacto para las interconexiones del sistema de batería. (Fuente de imagen: Amphenol)

Conectores para inversores

Para el inversor y el cargador de batería, es una buena opción el sistema de conector de distribución de energía de CA y CC PwrBlade+ para aplicaciones que requieren una mayor densidad de corriente lineal y una baja pérdida de energía (Figura 3). Admite hasta 192 A por pulgada lineal (A/in lineal) con ocho contactos adyacentes de alta potencia y una resistencia de contacto de ≤0.7 mΩ. Estos conectores también incluyen contactos de baja potencia y señal para una solución completa.

Figura 3: Los inversores y los cargadores de batería pueden usar conectores de distribución de energía de CA y CC PwrBlade+. (Fuente de imagen: Amphenol)

Interconexiones BMS

Al integrar sistemas BMS, se puede utilizar la serie CoolPower Slim Drawer. Admite hasta 60 A por pin y tiene una resistencia de contacto al final de su vida útil de 0.4 mΩ. Puede configurarse con varias combinaciones de contactos de potencia y señal, así como opciones de montaje y terminación (Figura 4). Características como el acoplamiento ciego, el acoplamiento secuencial y la conexión en caliente también son importantes para los sistemas BMS. Como ejemplos de aplicación, el número de pieza DWRT424SV23690 tiene 28 enchufes y el número de pieza DWRT820PR233B2 tiene 28 pines.

Figura 4: Los conectores CoolPower Slim Drawer son adecuados para la integración de BMS. (Fuente de imagen: Amphenol)

Las interconexiones de BMS en BESS más pequeños pueden beneficiarse de la serie ComboLock, un sistema de conector híbrido de cable a placa que ahorra espacio y permite un montaje y una gestión de cables más sencillos. Estos conectores tienen de cinco a 19 pines de señal y de dos a ocho pines de alimentación y vienen en configuraciones verticales y en ángulo recto con terminaciones de montaje en superficie (Figura 5). Los pines de alimentación pueden soportar hasta 10 A. Por ejemplo, el número de pieza 10162688-207206CLF proporciona ocho pines de alimentación y siete pines de señal, mientras que el número de pieza 10162688-205202CLF tiene dos pines de alimentación y cinco pines de señal. Estos conectores tienen una función de enganche activo para una alta confiabilidad.

Figura 5: Los BESS más pequeños pueden usar conectores ComboLock en el BMS. (Fuente de imagen: Amphenol)

Conexión con el exterior

El sistema conector de placa a placa del pin de alimentación de 0.50 mm de paso flotante está diseñado para aplicaciones como el control de batería y el bloque de comunicaciones, que se beneficiarían de una solución compacta compatible con comunicaciones de alta velocidad de hasta 10 gigabits por segundo (Gbits/s) y un pin de alimentación de 5 A (Figura 6). El número de pieza del enchufe B3221B7L111260E100 tiene 60 posiciones (abajo), mientras que el número de pieza B3291B7L111260E100 (arriba) tiene 60 receptáculos. Para una mayor confiabilidad y facilidad de montaje, estos conectores tienen un rango de temperatura de funcionamiento de -55 °C a 125 °C, un diseño de acoplamiento a prueba de errores y funciones de guía de dirección para facilitar el acoplamiento.

Figura 6: Los conectores flotantes de placa a placa como el B3221B7L111260E100 (abajo) y el B3291B7L111260E100 (arriba) son compatibles con las necesidades de alimentación y comunicaciones de alta velocidad del bloque de comunicaciones y control de batería. (Fuente de imagen: Amphenol)

Conclusión

Los conectores juegan un papel fundamental en la integración, la facilidad de instalación y el funcionamiento confiable de un BESS comercial. La variedad de componentes funcionales necesarios para construir un BESS requiere una gama de opciones de interconexión que respalden el transporte eficiente y rentable de señales y energía en entornos hostiles y difíciles. Como se muestra, los diseñadores tienen numerosas opciones de conectores que pueden admitir con fiabilidad la alta potencia y las densidades de señal requeridas.

Lectura recomendada

BESS: Una solución para gestionar la energía de forma proactiva

Referencia

1: An Introduction to Demand Charges (Una introducción a los cargos por demanda), Laboratorio Nacional de Energías Renovables