Soluciones EliteSiC para la carga de vehículos eléctricos
Descripción general
Los Sistemas de Almacenamiento de Energía en Baterías (BESS) son un mercado industrial en rápido crecimiento para satisfacer las demandas de almacenamiento de energía del cambio de fuentes de energía basadas en carbono a métodos más renovables y sostenibles. Muchos países también ofrecen incentivos para instalar estos sistemas de almacenamiento de energía, lo que ha aumentado la necesidad de almacenamiento de energía en aplicaciones residenciales, industriales y comerciales. Se necesitan sistemas de almacenamiento de energía en Sistemas Solares y Estaciones de Carga para Vehículos Eléctricos, utilizando componentes y topologías similares también.
Implementación del sistema
Descripción del sistema
Cuatro elementos para construir BESS
Un BESS está compuesto por 4 partes, ya sea para uso residencial o comercial. Los paquetes de baterías consisten en cientos o miles de celdas de batería para configurar un sistema de nivel comercial, y los módulos de alta tensión se integran en los bastidores o bancos de baterías para mayor capacidad. Los voltajes de carga y descarga típicamente varían de 50 V a 1100 V, dependiendo del voltaje de la batería y la topología del circuito. BMS (Sistema de Gestión de Baterías) es un sistema electrónico que gestiona las baterías recargables asegurándose de que las baterías operen en SOA (Área Segura de Operación), monitoreando los estados operativos, calculando e informando datos en tiempo real, etc., para asegurar una vida operativa más larga. PCS es otro subsistema importante para la conversión bidireccional de energía entre el paquete de baterías y la red y/o carga, un gran factor en la determinación del costo, tamaño y rendimiento del sistema. EMS es un sistema basado en software de herramientas asistidas por computadora utilizadas por los operadores de redes de servicios eléctricos para monitorear, controlar y optimizar el rendimiento del sistema de generación o transmisión.
Sistema acoplado en CA y Sistema acoplado en CC
El BESS se segmenta actualmente en 2 tipos, sistemas acoplados en CA y sistemas acoplados en CC. El BESS acoplado en CA es un sistema separado que se puede añadir a un sistema/generador/grupo de energía solar existente, lo que facilita su actualización. Sin embargo, requiere etapas adicionales de conversión de energía para lograr una carga/descarga completa, lo que conduce a mayores pérdidas. Por otro lado, el sistema acoplado en CC, comúnmente utilizado en inversores solares híbridos residenciales, ofrece capacidad adicional de almacenamiento de energía al conectarse al bus de CC. Involucra un solo paso de conversión CC-CC, pero requiere una decisión durante el diseño del producto, ya que el voltaje del bus de CC suele ser alto y puede presentar desafíos de seguridad o adaptación.
Figura 2: Sistema acoplado con CA
Figura 3: Sistema acoplado en DC
Operación Bidireccional
La etapa de conversión de potencia de BESS requiere operación bidireccional. Comúnmente, los inversores trifásicos pueden ser bidireccionales y comportarse como un convertidor AC-DC cuando operan en modo inverso, modo reactivo para UPS o modo de frenado para el accionamiento de motores. En general, los convertidores de potencia, y en particular las topologías, están optimizados para un caso de uso y una dirección del flujo de potencia a través de la selección y el dimensionamiento relativo de los interruptores y diodos. Los inversores trifásicos utilizados como convertidores AC-DC en modo PFC no serán tan eficientes como un convertidor PFC AC-DC optimizado. Incluso las topologías DC-AC diseñadas para ser bidireccionales mostrarán un mejor rendimiento en una dirección que en la otra. Por lo tanto, es importante tener en cuenta cuál será el caso de uso más común. Además, la bidireccionalidad no será alcanzable con todas las topologías, por lo que seleccionar la correcta desde el principio es un factor importante. Lea AND90142 - Desmitificando las Topologías de Corrección de Factor de Potencia Trifásica para entender la tecnología de tres niveles y los circuitos PFC de tres niveles destacados.
Usar productos de carburo de silicio en PCS
Comparados con los IGBT, los dispositivos de Carburo de Silicio (SiC) tienen más ventajas en aplicaciones de alta tensión y alta corriente, como permitir el conmutación de alta frecuencia. Aunque el IGBT sigue siendo la elección preferida en el diseño de BESS, considerando diferentes estrategias de conmutación, la incorporación de dispositivos SiC en ciertas secciones puede ofrecer un rendimiento superior. Por ejemplo, en el inversor bidireccional utilizando A-NPC, los dispositivos SiC pueden ser seleccionados en las ramas internas para reducir las pérdidas de conmutación debido a la estrategia de conmutación dedicada que requiere alta frecuencia de conmutación de los interruptores internos, mientras que el resto de los interruptores todavía pueden utilizar IGBTs de bajo VCE(SAT) para mantener un costo controlable.
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