Desafíos en los sistemas de almacenamiento de baterías

Autor: Departamento de Marketing de P-DUKE

Traducción: Departamento de Marketing de Electrónica OLFER

¿Cómo superar los desafíos en los sistemas de almacenamiento de baterías con Convertidores CC/CC de alto aislamiento?

Los sistemas de almacenamiento de energía modernos que utilizan baterías de iones de litio ofrecen un mejor rendimiento, pero cada celda debe supervisarse para garantizar una carga adecuada y evitar desequilibrios, sobrecargas, descargas profundas o temperaturas críticas.

Esto requiere circuitos de control con tensiones de suministro individuales y aisladas para cada celda o conjunto de celdas. Para conjuntos de baterías que funcionan con tensión nominal de hasta 48V, esta tensión de suministro se puede generar con convertidores CC/CC industriales estándar que ofrecen aislamiento de 500V o 1600V.

Pero para sistemas de mayor potencia conectados a la red eléctrica de CA y que ofrecen capacidades de almacenamiento de energía de cientos de kWh o incluso varios MWh, la tensión en los conjuntos de baterías puede alcanzar entre 600V y 800V y se necesitan soluciones con barreras de aislamiento mucho más altas.

Este cliente buscaba una solución que cumpliera con los requisitos de categoría III de sobretensión y un aislamiento de 4kV. Cada circuito de monitoreo de batería necesitaba un convertidor de 30W y, con cientos de convertidores conectados en paralelo, la corriente de fuga total entre los convertidores era otro desafío.

La baja capacidad de aislamiento fortalece la inmunidad al ruido

Para este proyecto P-DUKE, que cuenta con familias de convertidores médicos con aislamiento de hasta 5kV, incluso superiores a los 4kV requeridos, eligió el MPD30-24S12, que genera la tensión de suministro necesaria de 12V/30W a partir del bus común de 24Vcc. Toda la gama de producto de P-DUKE es distribuida en España y Portugal por Electrónica OLFER.

Los convertidores CC/CC industriales típicos de 30W pueden tener una capacitancia de entrada a salida de hasta 1500pF. Cuando, como en este caso, hay hasta 200 convertidores en paralelo, la capacitancia total entre las celdas de la batería (conectadas a la red CA a través de cargadores) y el bus de 24V puede alcanzar los 300nF, lo que da como resultado unas corrientes de más de 20mA. Las corrientes superiores a 10mA ya pueden causar descargas eléctricas graves y accidentes. El MPD30-24S12 tiene una capacidad de entrada a salida de solo 20pF; con 200 convertidores en paralelo, la capacidad total es de solo 4nF y la corriente de fuga es inferior a 1mA.

Esta capacitancia tan baja también evita que se acoplen transitorios o cualquier ruido a través de los convertidores desde el lado de CA/batería a las señales de comunicación sensibles del sistema central de gestión de baterías.

Con esta solución, se han resuelto los requisitos de aislamiento de 4kV y de baja corriente de fuga. Para la comunicación dentro de la instalación, el controlador BMS central utiliza un router WiFi, alimentado a través de Ethernet desde una fuente de 53V con 25W. Dependiendo de la instalación final, la tensión de alimentación se puede generar desde la red de 230Vca o desde el bus interno de 24Vcc.

Para 230Vca, se puede utilizar un convertidor de la familia TSD30. También está disponible en versión tipo carril DIN para un fácil montaje en el bastidor del controlador.

Proyectos exitosos

La generación de 53V a partir del bus de 24Vcc se puede realizar mediante un convertidor de la familia RCD30 con la salida reducida de 54V a 53V. También está disponible con un disipador de calor integrado para facilitar la refrigeración.

Ejemplo 1:

Circuito BMS

Solución

Ejemplo 2:

54Vcc/25W para PoE WiFi router

Solución

Los sistemas de almacenamiento de baterías a gran escala pueden beneficiarse de la utilización de los productos de P-DUKE:

La familia MPD30/MPD30W es una serie de convertidores CC/CC de 30W, que se encuentran dentro del catálogo de productos de Electrónica OLFER, cuentan con una tensión de aislamiento reforzada de 5000Vca que satisface los requisitos de las aplicaciones médicas.

Están disponibles con diferentes rangos de tensión de entrada y brindan salidas simples o dobles. La familia está calificada para 2MOPP y tiene distancias de aislamiento y fuga de 8mm. Esto los hace ideales no solo para equipos médicos sino también para otras aplicaciones que requieren un alto aislamiento y una capacitancia de entrada a salida muy baja.

La familia TDD30 es una solución CA/CC lista para usar para aplicaciones de carril DIN. Al igual que la familia RCD30W, ofrece diferentes tensiones de salida y opciones de montaje para todo tipo de aplicaciones.