Almacenamiento 120 kW / 240 kWh para Parking Solar de EV

Este artículo se extrae del plan técnico del proyecto integrado de almacenamiento y carga fotovoltaica en estacionamientos.

El proyecto se ubica en la ciudad de Ganzhou, provincia de Jiangxi, con un clima tropical monzónico del sur de Asia. La temperatura media anual es de 20,6 °C, la radiación solar diaria media anual es de 3,48 kWh/m² y la radiación solar anual es de 1270,7 kWh/m². La radiación solar es muy abundante, lo que la hace ideal para la instalación de sistemas fotovoltaicos. Cuando hay suficiente luz solar durante el día, si la electricidad generada por el sistema fotovoltaico no se puede consumir a tiempo, el sistema de almacenamiento de energía puede almacenar la electricidad a tiempo y suministrar energía a las pilas de carga durante la noche.

Este proyecto consta de tres partes: fotovoltaica, almacenamiento de energía y pilas de carga, y el punto de instalación del proyecto es la ciudad de Ganzhou. El plan técnico fue elaborado por Brovolt basándose en las necesidades del cliente y estudios de campo. Este artículo explica las ideas de selección y los parámetros técnicos del sistema de almacenamiento de energía en el plan de almacenamiento y carga fotovoltaica.

1. Solución del sistema

De acuerdo con la configuración general del proyecto y las necesidades del cliente, seleccionamos la máquina integrada de sistema de alto voltaje BroVolt BCD240. La BCD240 tiene una potencia de 100 kW/240 kWh y está instalada en un armario exterior. El sistema incluye principalmente: batería de fosfato de hierro y litio (Pack), sistema de gestión de baterías (BMS), caja de control de alto voltaje (PDU), aire acondicionado, caja de distribución, armario exterior y PCS.

2. Composición del sistema

2.1 Sistema de baterías de almacenamiento de energía

El sistema de baterías de almacenamiento de energía utiliza celdas de fosfato de hierro y litio de 314 Ah/3,2 V, que constan de un conjunto de baterías. 1P48S forma una caja de baterías de 48,23 kWh. Cinco cajas de baterías se conectan en serie para formar un conjunto de baterías de 241 kWh, con un rango de voltaje de 672 a 864 V. Este sistema tiene una capacidad total de 241 kWh. Se pueden utilizar varios conjuntos de sistemas de baterías de almacenamiento de energía en paralelo.

3) Caja de control de alto voltaje:

La caja de control de alto voltaje (PDU) se compone de fusibles, disyuntores, contactores, dispositivos de derivación, unidades de control principal del BMS, etc. Las principales funciones de cada componente son las siguientes:

Fusible (FU): Sirve para proteger contra sobrecargas o cortocircuitos en el circuito.

Disyuntor (QF): El interruptor de salida principal del sistema de baterías, que corta el circuito cuando se producen condiciones de funcionamiento anormales en el sistema.

Derivación (FL): Para la detección de corriente del BMS y la recopilación de información.

Contactor (KM): Controla los circuitos de carga y descarga.

Control maestro del BMS: Como centro de control, es responsable de la supervisión de todo el proceso operativo del sistema, el procesamiento de datos, la implementación de estrategias de control y el control de la comunicación.

2. Sistema de Gestión de Baterías (BMS)

El sistema de gestión de baterías adopta una arquitectura de tres niveles y está equipado con un total de cinco controladores esclavos (BSU) de 48 cadenas y un controlador maestro (BMU). Un controlador de pila BMS (BDU) admite ecualización activa.

1) Parámetros y funciones principales del módulo BDU

El BDU se encuentra en la cima de la arquitectura de tres niveles del sistema de gestión de baterías y es el principal responsable de la recopilación de datos en tiempo real de la BMU. Integra computación en tiempo real, análisis de rendimiento, gestión de alarmas, gestión de protección y almacenamiento de registros. Además, el BDU también es responsable del almacenamiento. El sistema de conversación de potencia (PCS) y el sistema de gestión de energía (EMS) de nivel superior se comunican para lograr la interconexión.

Funciones principales de la BDU:

a) Visualización del estado de funcionamiento local: A través de la interfaz de usuario de la BDU, se pueden visualizar localmente diversos estados de funcionamiento del sistema de baterías, como el estado del sistema, el voltaje de cada batería, la temperatura, el estado de carga (SOC), el estado de la batería (SOH), la información de alarmas y protección.

b) Conversión del protocolo de comunicación: Admite la conversión del protocolo Modbus-TCP e interactúa con el sistema de gestión de energía a través de este protocolo.

c) Comunicación con el PCS: Admite la interacción con el PCS a través de la interfaz CAN para controlar la carga y descarga del conjunto de baterías.

d) Configuración de parámetros de funcionamiento: Los diversos parámetros del sistema de gestión de baterías se pueden modificar, configurar y guardar a través de la BDU.

(2) Parámetros y funciones principales del módulo BMU

La BMU es un módulo controlador que integra funciones como la recopilación de voltaje/corriente total del grupo, la gestión de carga y descarga, la detección de aislamiento y la gestión de la BSU. Sus parámetros característicos son los siguientes

Características principales de la BMU:

a) El sensor de adquisición de corriente es compatible con múltiples modelos, como sensores shunt, sensores Hall LEM, sensores Hall de lazo abierto y sensores Hall de lazo cerrado.

b) El sistema de gestión de la batería debe ser capaz de detectar datos relacionados con la temperatura y la electricidad de la batería, incluyendo al menos parámetros como la resistencia de aislamiento y las temperaturas interna y ambiental.

c) El sistema de gestión de la batería debe ser capaz de estimar el estado de carga (SOC) y el estado de la batería (SOH) de la batería, y realizar una calibración automática. Es capaz de calcular, visualizar localmente en tiempo real e informar el número de ciclos (fórmula de cálculo: carga acumulada / (capacidad nominal * 90%), DOD, SOC, SOH). La batería puede calibrar automáticamente el SOC y equilibrar la batería durante el funcionamiento.

d) El sistema de gestión de la batería planifica el control de carga y descarga de la batería en función de su estado de carga. Si el voltaje de la batería supera el estándar o se produce una sobrecorriente, el sistema debe detener inmediatamente su funcionamiento.

e) Función de alarma de funcionamiento del sistema de batería: Cuando el sistema de batería opera en estados como sobretensión, subtensión, sobrecorriente, alta temperatura, baja temperatura, comunicación anormal o sistema de gestión de batería anormal, debe ser capaz de mostrar e informar la información de alarma.

f) El sistema de gestión de batería debe interactuar con el convertidor, el dispositivo de monitorización local y el sistema de control de gestión de energía, y debe proporcionar interfaces de comunicación RS485, CAN y Ethernet.

3) Parámetros y funciones principales del módulo BSU

La BSU recopila en tiempo real la tensión y la temperatura de cada celda, además de contar con gestión térmica y balanceo activo bidireccional. Está interconectada con el módulo de control principal a través del bus CAN.:

Funciones principales de la BSU: 

a) Admite la función de configuración de parámetros. Los parámetros se pueden configurar en función del número real de cadenas de baterías conectadas y del número de sensores de temperatura. También permite configurar las temperaturas de encendido y apagado de la calefacción/ventilador. 

b) Se puede configurar el balanceo activo o pasivo. El sistema de gestión de baterías debe contar con una función de gestión de balanceo capaz de equilibrar las diferencias inconsistentes entre los paquetes y grupos de baterías. 

c) El sistema de gestión de baterías debe ser capaz de detectar datos térmicos y eléctricos relacionados con la batería, incluyendo al menos parámetros como el voltaje, la corriente, la resistencia de aislamiento y las temperaturas interna y ambiente de las celdas y paquetes de baterías. 

d) El sistema de gestión de baterías debe ser capaz de diagnosticar fallas de la batería, proporcionar protección contra desconexión, detectar fallas de balanceo y gestionar las fallas correspondientes según su contenido específico. Debe contar, entre otras, con las siguientes funciones de protección: protección contra sobrecarga, protección contra sobredescarga, protección contra cortocircuitos, protección contra sobrecarga y protección contra la temperatura. La información relevante sobre fallas debe incluir funciones como la carga de información de fallas y la generación de alarmas en tiempo real. 

2.3 Caja de Distribución 

La línea de entrada del sistema de distribución secundaria es monofásica de tres hilos, que proporciona interruptores de control independientes y una fuente de alimentación de CA monofásica de 220 V para equipos de CA, como aires acondicionados de armarios exteriores, fuentes de alimentación conmutadas, protección contra incendios y enchufes, para garantizar la estabilidad del sistema. La fuente de alimentación de 220 V es externa. 

2.4 Sistema de Aire Acondicionado 

El sistema está equipado con un sistema de aire acondicionado industrial para regular la temperatura dentro del armario exterior. Cuando se detecta que la temperatura de la batería alcanza un valor límite, se envía una instrucción al sistema de aire acondicionado para que inicie su funcionamiento, manteniendo la temperatura del sistema dentro de la caja dentro de un rango adecuado. El sistema tiene cuatro modos de funcionamiento. 

Refrigeración 

Los parámetros del aire acondicionado se pueden configurar a través de la pantalla o del software: la temperatura de refrigeración establecida y la temperatura de desviación de refrigeración. Cuando la temperatura dentro del chasis es superior a (la temperatura establecida para refrigeración + la temperatura de desviación de refrigeración), se inicia la refrigeración. Cuando la temperatura dentro del chasis sea inferior a la temperatura establecida para la refrigeración, esta se detendrá. 

(2) Calefacción 

El aire acondicionado se puede configurar con los parámetros: temperatura establecida de calefacción y temperatura de desviación de la calefacción. Cuando la temperatura dentro del chasis sea inferior a la temperatura establecida para la calefacción, se iniciará la calefacción. Cuando la temperatura dentro del chasis sea superior a (temperatura de inicio de la calefacción + temperatura de desviación de la calefacción), la calefacción se detendrá. 

(3) Suministro de aire 

El aire acondicionado puede lograr una distribución uniforme de la temperatura dentro del chasis mediante la función de suministro de aire, evitando el sobrecalentamiento local dentro de la caja. Cuando la temperatura dentro de la unidad sea inferior a la temperatura de inicio de la refrigeración, la función de suministro de aire se activará automáticamente.

(4) Deshumidificación 

Cuando la humedad dentro de la caja sea superior a la humedad a la que se activa la deshumidificación y la temperatura dentro de la caja sea inferior a la temperatura a la que se activa la deshumidificación, se conectará la deshumidificación por calefacción eléctrica. La calefacción se detendrá cuando la temperatura dentro de la caja alcance la temperatura de parada de la deshumidificación o cuando la humedad vuelva a descender a dicha temperatura. 

2.5 Sistema de Protección contra Incendios 

El sistema de protección contra incendios de este sistema de almacenamiento de energía cuenta con dos modos de control: automático y manual. Cuando el controlador de alarma está en modo automático y recibe la primera señal de activación, la alarma sonora y luminosa emite una señal sonora, indicando la ubicación del incendio y recordando al personal que preste atención. Al recibir la segunda señal de activación, el controlador automático de extinción de incendios entra en la fase de retardo (ajustable de 0 a 30 segundos), lo cual es demasiado prolongado. 

Posteriormente, el controlador emite una orden de extinción, abre la válvula solenoide y, a continuación, abre el cilindro de almacenamiento de gas para realizar las operaciones de extinción en la zona afectada. Simultáneamente, el controlador de alarma recibe la señal de retroalimentación del dispositivo de señal de presión y se enciende la luz indicadora de pulverización en el panel de control. Cuando el controlador de alarma está en modo manual, solo emite una señal de alarma y no emite ninguna señal de acción. Después de que el personal de servicio confirme la alarma de incendio, puede presionar el botón de inicio de emergencia en el panel de control de alarma o el botón de inicio y parada de emergencia en la entrada del área protegida para iniciar el sistema y liberar el fuego agente extintor.

3. Sistema de Conversión de Potencia (PCS)

El sistema de almacenamiento de energía está equipado con un sistema de conversión de potencia de 100 kW, con una arquitectura modular y compatible con los modos conectado-desconectado y aislado de la red.

3.1 Parámetros