Com o desenvolvimento das energias renováveis e o rápido avanço da transição energética global, o Sistema de Armazenamento de Energia em Bateria (BESS) está desempenhando um papel cada vez mais importante nos sistemas energéticos modernos. Adotando tecnologia avançada de baterias de íons de lítio, o BESS armazena energia elétrica em baterias e a distribui sob demanda quando necessário, ajudando assim a manter a operação estável da rede elétrica. Entretanto, pode ser integrado com dispositivos de geração de energia renovável para alcançar uma gestão de energia mais eficiente. Este artigo fornecerá uma introdução detalhada à arquitetura básica do sistema de armazenamento de energia da bateria e aos princípios de funcionamento de seus principais componentes.
A estrutura e o fluxo de energia do sistema BESS são mostrados na figura abaixo. PCS é um conversor DC/AC bidirecional,
BESS consiste nos seguintes componentes principais:
1. Bateria
Uma bateria é formada por múltiplas células conectadas em série e paralelo (com faixa de tensão de célula de 2,5V a 3,65 V), que é responsável por armazenar e liberar energia elétrica. Para aumentar a tensão da bateria, os conjuntos de baterias são conectados em série para formar racks de baterias ou conjuntos de baterias (com tensão de até 1500 VCC). Para aumentar a capacidade energética, racks/clusters de baterias são conectados em paralelo para formar contêineres de baterias (geralmente de 20 pés de tamanho, com capacidade de aproximadamente 5 MWh).
Os tipos de células incluem baterias de íon-lítio, baterias de chumbo-ácido e outros tipos, e baterias com diferentes desempenhos são geralmente selecionadas de acordo com cenários de aplicação específicos. através dos quais a energia flui dos painéis fotovoltaicos para as baterias, cargas e rede elétrica.
2.Sistema de gerenciamento de bateria (BMS)
O BMS (Battery Management System) é um sistema central projetado para monitorar e gerenciar baterias com uma série de funções vitais. Através da monitorização em tempo real dos parâmetros da bateria, incluindo tensão, corrente e temperatura, o BMS mantém a bateria a funcionar dentro de limites seguros e evita eficazmente riscos como sobrecarga, descarga excessiva, curto-circuitos e sobreaquecimento. Além disso, utiliza estratégias inteligentes de carga-descarga e tecnologias de gestão de equilíbrio para otimizar o desempenho da bateria e prolongar a vida útil. Também adota tecnologias de balanceamento passivo ou ativo para eliminar o “efeito barril” causado por níveis de energia inconsistentes entre células de bateria individuais. Enquanto isso, o BMS é capaz de estimar o estado de carga (SOC) e o estado de saúde (SOH) da bateria, fornecendo suporte preciso para a operação segura e otimização do desempenho das baterias. O diagrama de blocos do sistema BMS mostrado abaixo ilustra intuitivamente as suas funções e componentes gerais. Para obter mais detalhes, consulte as soluções BMS empilháveis no site oficial da Infineon.
3.Sistema de conversão de energia (PCS)
O PCS serve como um dispositivo intermediário entre os componentes de armazenamento de energia (como grandes baterias CC) e a rede elétrica CA, realizando a conversão bidirecional de energia elétrica com seu princípio de operação cobrindo os modos de carga e descarga.
No modo de carregamento, o PCS converte a corrente alternada da rede elétrica em corrente contínua e armazena a energia elétrica em baterias. Alternativamente, ele emprega um conversor DC/DC para ajustar a corrente contínua à tensão e corrente adequadas para o carregamento da bateria, de modo a realizar um carregamento eficiente da bateria.
No modo de descarga, o PCS transforma a corrente contínua das baterias em corrente alternada para fornecer energia a cargas elétricas ou alimentar eletricidade na rede elétrica. Em outro cenário, um conversor CC/CC primeiro modula a corrente contínua das baterias para a tensão e corrente correspondentes aos requisitos operacionais do inversor, após o que o inversor CC/CA converte a corrente contínua condicionada em corrente alternada. Com base nas demandas da aplicação, o PCS é categorizado em tipos de estações de armazenamento de energia residenciais, industriais e comerciais e de grande escala. Amplamente implantado em residências, empresas e sistemas de armazenamento de energia em grande escala, tornou-se um componente central indispensável dos sistemas energéticos modernos. A figura abaixo ilustra o diagrama de blocos do sistema PCS, que exibe explicitamente seus componentes principais e mecanismo de funcionamento. Para obter mais detalhes, consulte a introdução do Sistema de Conversão de Energia (PCS) no site oficial da Infineon.
4.Sistema de Gestão de Energia (EMS)
O Sistema de Gestão de Energia (EMS) é um sistema inteligente projetado para monitorar, controlar e otimizar o fluxo e consumo de energia dos sistemas de energia. O EMS coleta dados em tempo real, incluindo status de carga e descarga da bateria, temperatura, tensão e corrente por meio de sensores. Adota tecnologia de análise de dados para monitorar a operação do sistema, identificar possíveis problemas e melhorar a eficiência da utilização de energia. Além disso, o EMS pode despachar de forma inteligente instalações de armazenamento de energia de acordo com a procura de energia, os preços da electricidade, a carga da rede e outras condições para alcançar um consumo de energia eficiente. Ele também possui funções de detecção de falhas e proteção de segurança, que podem alertar oportunamente sobre anormalidades, como sobrecarga e descarga excessiva da bateria, e suportar controle remoto e proteção de ligação para garantir a operação segura do sistema. De acordo com requisitos específicos da aplicação, a plataforma de monitoramento EMS pode adotar arquitetura C/S (Cliente/Servidor) ou B/S (Navegador/Servidor). A figura abaixo mostra o diagrama de topologia do sistema EMS de uma central de armazenamento de energia e a plataforma de monitoramento do EMS de armazenamento de energia, apresentando a arquitetura geral do sistema, bem como os modos detalhados de fluxo e gerenciamento de energia.
5.Sistema Auxiliar
O sistema auxiliar do sistema de armazenamento de energia é a chave para garantir a operação segura e estável do sistema, que inclui os seguintes componentes: O sistema de controle de temperatura gerencia eficientemente a temperatura da bateria por meio de resfriamento a ar ou líquido para evitar que o superaquecimento ou subresfriamento afete o desempenho e a vida útil da bateria. O sistema de proteção contra incêndio está equipado com dispositivos de detecção e extinção automática de incêndio (como extintores de heptafluoropropano, gás e pó seco) para responder rapidamente a potenciais riscos de incêndio e garantir a segurança operacional. O gabinete de distribuição de energia realiza funções de distribuição de energia e proteção de circuito para evitar danos ao equipamento causados por falhas. O gabinete combinador coleta energia elétrica dos módulos de bateria e a transmite para equipamentos de conversão de energia, ao mesmo tempo que fornece monitoramento em tempo real e proteção de segurança. Esses subsistemas auxiliares trabalham em coordenação para garantir a operação eficiente, segura e estável do sistema de armazenamento de energia sob diversas condições.
O Sistema de Armazenamento de Energia de Bateria (BESS) realiza armazenamento eficiente de energia, programação inteligente e gerenciamento seguro de energia por meio da operação coordenada de baterias, BMS, PCS, EMS e sistemas auxiliares. Ao mesmo tempo que apoia o funcionamento estável da rede eléctrica, o BESS está profundamente integrado com as energias renováveis, proporcionando um apoio sólido para melhorar a eficiência da utilização de energia e promover a transição energética global, e continuará a desempenhar um papel vital no sistema energético no futuro.
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