O ritmo e a variedade da eletrificação em muitos aspectos de nossas vidas diárias continuam, impulsionados pela convergência de múltiplos fatores. Isso inclui o aumento de fontes renováveis, como energia solar de painéis fotovoltaicos e energia eólica por meio de grandes turbinas emparelhadas com baterias recarregáveis de maior densidade e custo mais baixo para armazenamento, sistemas sofisticados de gerenciamento de bateria para monitorar sua carga/descarga e inversores para converter o armazenamento armazenado energia em energia utilizável.
Estamos vendo uma ampla gama de aplicações, desde instalações de grande escala na rede elétrica e aplicações médias em escritórios e residências até adoção crescente de veículos elétricos (EVs) e seus carregadores (Figura 1) e até mesmo papéis menos visíveis, como empilhadeiras industriais livres de propano. O tamanho e o escopo desses sistemas variam de grande e regional escala a altamente focados e localizados.
O desafio está nos detalhes
Independentemente do tamanho ou escopo de um projeto, há uma verdade que todo engenheiro com experiência no mundo real conhece: são os componentes menos visíveis e menos glamorosos que muitas vezes fazem a diferença entre um sistema que funciona em algum nível, mas apresenta múltiplas deficiências e problemas de desempenho, versus um sistema sólido, ajustado, confiável e que atende aos muitos padrões de segurança e regulatórios que regem sua operação.
Componentes com funções precisas, como painéis solares, turbinas de moinho de vento, sistemas de gerenciamento de bateria (BMS) e inversores de energia, recebem grande parte do esforço e atenção do projeto. O público até os reconhece em certa medida devido ao seu alto perfil. No entanto, a realidade é que muitos outros componentes “menores” são necessários para um sistema completo e funcionando corretamente. Por exemplo, além dos principais blocos de uma instalação modesta de inversor solar (Figura 2), funções menores e críticas são necessárias.
Dois deles são:
- Os contatores (círculo laranja 3) são interruptores liga/desliga controláveis eletricamente de alta capacidade (semelhantes a um relé) usados para distribuição de energia, funções do interruptor principal e controle geral. O contator permite alternar e controlar caminhos de energia.
- Os filtros EMI (círculo laranja 4) fornecem a atenuação necessária de modo comum e interferência de modo diferencial e interferência eletromagnética (EMI), que é inevitavelmente criada pelos inversores de energia de comutação. Sem esses filtros, os Sistemas de Armazenamento de Energia da Bateria (BESS) criam interferência excessiva, que afeta não apenas sua operação, mas também os sistemas próximos, além de provavelmente falhar na certificação dos limites regulatórios.
Tamanho, materiais devem ser dimensionados
Embora esses contatores e filtros tenham diagramas esquemáticos e funções semelhantes aos seus equivalentes no sistema de baixa potência, as semelhanças terminam por aí (Figuras 3 e 4).
Os componentes devem ser fisicamente mais significativos, ter contatos e conexões internas e externas mais robustos, usar materiais e placas de contato diferentes e ser adequados para manuseio robusto e instalações expostas. Devido às tensões e correntes mais altas, há preocupações relacionadas à erosão de contato, aquecimento localizado e flashover e centelhamento de alta tensão, que podem degradar o desempenho ou causar falha total.
Uma olhada mais de perto em um contator e um filtro fornece uma noção dessas funções em aplicações de alta potência.
A série ECK150/200/250 de contatores de corrente contínua (DC) de alta tensão da TE Connectivity (TE) é projetada para controle em estações de carregamento de veículos elétricos, inversores solares, sistemas de armazenamento de energia de bateria, veículos guiados automatizados (AGV) e empilhadeiras elétricas (Figura 5). As unidades podem ser usadas para interrupção de tensão DC em 1000VDC e corrente de interrupção de 2000A (ambas máximas) com corrente contínua máxima de 250A.
Para alcançar esse desempenho, eles são embalados em invólucros cilíndricos hermeticamente selados usando tecnologia cerâmica, tornando-os seguros e confiáveis.
Os contatores têm 52 milímetros de comprimento com um diâmetro de 56 mm, atendendo a todas as aprovações relevantes da UL, CE e CCC. Como benefício adicional, o ativador PWM “economizador” integrado significa que a potência necessária para manter o contato é apenas 1,7W, apesar das altas classificações de tensão / corrente, o que minimiza o desperdício de energia e a dissipação térmica.
A série Corcom AHV de Filtros EMI de Alto Desempenho de Três Fases, também da TE Connectivity, são módulos com tensão nominal de até 760VAC e classificação de corrente de até 1000A. Eles apresentam configuração delta de um ou dois estágios em um design compacto de prateleira, ou chassis, juntamente com uma pequena pegada para economizar espaço e custos (Figura 6); a unidade menor (7A) mede aproximadamente 300 mm de profundidade x 140 mm de altura x 70 mm de largura, enquanto as dimensões correspondentes da unidade maior (180 A) são 310 x 265 x 165 mm.
Eles são adequados para conversores/inversores de energia renovável, instalações de carregamento de veículos elétricos e outros equipamentos e dispositivos industriais. Eles estão disponíveis em configurações de um ou dois estágios para atender aos objetivos necessários de supressão de EMI. Por exemplo, a unidade de prateleira de um estágio de 75 A com entrada e saída de bloco de terminais tem essas perdas de inserção de modo comum e modo diferencial em dB (Figura 7):
Em contraste, a unidade de estante de estágio duplo 75A correspondente tem atenuação um pouco maior para ambos os modos em todas as frequências (Figura 8).
Conclusão
Embora os blocos funcionais de alto perfil de um sistema BESS ou de um sistema menor sejam críticos, é importante que os projetistas também prestem atenção ao selecionar componentes passivos, menos visíveis, como contatores, filtros EMI e até conectores. A escolha de dispositivos que não possuem as classificações necessárias ou robustez mecânica ou elétrica, mecânica ou ambiental leva a deficiências de desempenho imediatas, problemas regulatórios e preocupações de confiabilidade a curto e longo prazo. A TE Connectivity oferece uma ampla gama de produtos, em uma ampla seleção de classificações e formatos, para atender a essas necessidades e preencher as peças grandes e pequenas para sistemas de armazenamento e entrega de energia bem-sucedidos.
Artigo escrito por Bill Schweber e publicado no blog da Mouser Electronics: Critical Components for ESS Success
Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
(*) este post foi patrocinado pela Mouser Electronics.
