Comment connecter les blocs dans les systèmes de stockage d'énergie commerciaux

Les systèmes de stockage d'énergie sur batteries (BESS) commerciaux sont nécessaires pour faciliter l'utilisation et l'intégration au réseau des ressources d'énergies renouvelables comme l'énergie éolienne et l'énergie solaire. Les systèmes BESS sont complexes et incluent une grande batterie, un système de gestion de batterie, des communications et un contrôle de batterie, ainsi qu'un onduleur/transformateur. La conception optimale de chaque bloc fonctionnel est essentielle à l'efficacité et à la fiabilité globales du système BESS, mais ce n'est pas suffisant. Chaque bloc doit être interconnecté pour résister aux conditions difficiles et garantir les meilleures performances. Pour ce faire, les concepteurs doivent combiner des types de connecteurs pour parvenir aux solutions les plus rentables et les plus fiables (Figure 1).

Figure 1 : Les blocs qui composent un système BESS commercial requièrent des solutions de connecteurs spécifiques pour un fonctionnement fiable et efficace du système global. (Source de l'image : Amphenol)

Dans cet article, je passerai brièvement en revue les avantages opérationnels d'un système BESS ainsi que les blocs utilisés pour en construire un, et je détaillerai les options de connecteurs avec des exemples de connecteurs d'Amphenol.

Avantage des systèmes BESS

L'installation d'un système BESS n'est pas nécessairement une démarche altruiste. En plus de soutenir l'utilisation et l'intégration au réseau d'énergies renouvelables, le système BESS apporte des avantages financiers, notamment :

Gestion de la prime fixe : de nombreuses installations doivent payer une prime fixe basée sur la consommation d'électricité de pointe. L'utilisation d'un système BESS pour réduire la consommation d'énergie de pointe peut réduire les dépenses énergétiques globales jusqu'à 70 %¹.

Déplacement de charge : des algorithmes logiciels peuvent être utilisés pour analyser les modèles de consommation d'énergie par rapport aux tarifs horaires de l'électricité, et ainsi déterminer le(s) meilleur(s) moment(s) pour décharger le système BESS pendant les périodes les plus coûteuses.

Alimentation de secours : les coupures de courant peuvent coûter cher et un système BESS peut éliminer le recours à une alimentation secourue (UPS) distincte ou permettre l'utilisation d'une alimentation secourue plus petite et moins coûteuse.

Blocs BESS

Le choix de la batterie requiert une chimie permettant de répondre aux besoins définis en matière de stockage d'énergie et de distribution de puissance, un type de boîtier pour les cellules et une structure d'intégration système, comme un support de batteries.

Le système de gestion de batterie (BMS) garantit des vitesses de charge et de décharge optimales, surveille la température, et estime la disponibilité immédiate (état de charge) et la fiabilité anticipée à long terme (état de santé) de la batterie.

Le système de contrôle et de communication de la batterie rend compte du statut opérationnel et prend en charge le contrôle à distance.

L'onduleur/le transformateur convertit le courant continu (CC) de la batterie en courant alternatif (CA) et connecte le système BESS au réseau.

Les facteurs de performances clés pour la connexion de ces blocs BESS incluent :

• Hautes densités de puissance et de signaux
• Facilité d'installation sur le terrain
• Haute fiabilité en environnements difficiles

Connexion de barres bus

Pour une solution de système de batterie à haute densité de puissance, les concepteurs peuvent se tourner vers l'assemblage de câble BarKlip BK200 pour distribuer jusqu'à 200 ampères (A) par contact entre les barres bus, les câbles et les cartes à circuit imprimé (Figure 2). Il présente une résistance maximum de 0,20 milliohm (mΩ) par port, ce qui le rend très efficace. Cet assemblage de câble permet une connexion enfichable directe avec une barre de rack système et une barre de cuivre de 3,00 millimètres (mm) d'épaisseur, ce qui favorise la facilité d'installation. Les 14 faisceaux fournissent un ressort souple qui s'ajuste aux variations de l'alignement de la barre bus et de la finition de la surface, ce qui se traduit par une très haute fiabilité.

Figure 2 : L'assemblage de câble BarKlip BK200 peut distribuer jusqu'à 200 A par contact pour les interconnexions de système de batterie. (Source de l'image : Amphenol)

Connecteurs pour onduleurs

Le système de connecteurs de distribution de puissance CA et CC PwrBlade+, destiné aux applications exigeant une densité de courant linéaire plus élevée et une faible perte de puissance, convient parfaitement au chargeur de batterie et à l'onduleur (Figure 3). Il prend en charge jusqu'à 192 A par pouce linéaire avec huit contacts haute puissance adjacents et une résistance de contact ≤ 0.7 mΩ. Ces connecteurs incluent également des contacts de signaux et d'alimentation pour une solution complète.

Figure 3 : Les chargeurs de batterie et les onduleurs peuvent utiliser les connecteurs de distribution de puissance CA et CC PwrBlade+. (Source de l'image : Amphenol)

Interconnexions BMS

Lors de l'intégration de systèmes BMS, la série CoolPower Slim Drawer peut être utilisée. Elle prend en charge jusqu'à 60 A par broche et présente une résistance de contact en fin de vie de 0,4 mΩ. Elle est configurable avec plusieurs combinaisons de contacts d'alimentation et de signaux, ainsi qu'avec différentes options de montage et de terminaison (Figure 4). Certaines fonctionnalités comme le raccordement à l'aveugle, le raccordement séquentiel et la connexion à chaud sont également importantes pour les systèmes BMS. Comme exemples d'application, le numéro de référence DWRT424SV23690 a 28 prises et le numéro de référence DWRT820PR233B2 a 28 broches.

Figure 4 : Les connecteurs CoolPower Slim Drawer conviennent à l'intégration BMS. (Source de l'image : Amphenol)

Les interconnexions BMS dans les systèmes BESS plus petits peuvent tirer parti de la série ComboLock, un système de connecteur fil-à-carte hybride qui permet de gagner de l'espace et de simplifier l'assemblage et la gestion des câbles. Ces connecteurs possèdent de 5 à 19 broches de signaux et de 2 à 8 broches d'alimentation, et sont disponibles en configurations verticales et à angle droit avec des terminaisons à montage en surface (Figure 5). Les broches d'alimentation peuvent supporter jusqu'à 10 A. Par exemple, le numéro de référence 10162688-207206CLF fournit huit broches d'alimentation et sept broches de signaux, tandis que le numéro de référence 10162688-205202CLF a deux broches d'alimentation et cinq broches de signaux. Ces connecteurs sont dotés d'une fonction de verrouillage actif pour une haute fiabilité.

Figure 5 : Les systèmes BESS plus petits peuvent utiliser des connecteurs ComboLock dans le système BMS. (Source de l'image : Amphenol)

Connexion avec l'extérieur

Le système de connecteur carte-à-carte flottant à broche d'alimentation à pas de 0,5 mm est destiné aux applications telles que le bloc de communication et de contrôle batterie, pouvant bénéficier d'une solution compacte prenant en charge des communications haute vitesse jusqu'à 10 gigabits par seconde (Gb/s) et une broche d'alimentation de 5 A (Figure 6). Le numéro de référence B3221B7L111260E100 a 60 positions (en bas) tandis que le numéro de référence B3291B7L111260E100 (en haut) a 60 prises. Pour une fiabilité accrue et un assemblage simple, ces connecteurs présentent une plage de températures de fonctionnement de -55°C à +125°C, une conception de raccordement anti-erreur et des fonctions de guide de direction pour un raccordement aisé.

Figure 6 : Les connecteurs carte-à-carte flottants tels que le B3221B7L111260E100 (en bas) et le B3291B7L111260E100 (en haut) prennent en charge les besoins en alimentation et en communication haute vitesse du bloc de communication et de contrôle batterie. (Source de l'image : Amphenol)

Conclusion

Les connecteurs jouent un rôle essentiel dans l'intégration, la facilité d'installation et le fonctionnement fiable d'un système de stockage d'énergie sur batteries commercial. La variété des blocs fonctionnels nécessaires à la construction d'un système BESS exige un choix étendu d'interconnexions pour prendre en charge la transmission efficace et rentable des signaux et de l'alimentation dans les environnements difficiles. Comme illustré, les concepteurs disposent de nombreuses options de connecteurs qui peuvent prendre en charge de manière fiable les hautes densités de puissance et de signaux requises.

Lectures recommandées

BESS : une solution pour gérer l'énergie de manière proactive

Référence

1. An Introduction to Demand Charges, National Renewable Energy Laboratory