Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS, por sus siglas en inglés) están evolucionando hacia niveles de voltaje más altos y mayores capacidades para satisfacer las necesidades de las aplicaciones residenciales, comerciales, industriales y de energías renovables.

A medida que aumenta la potencia del sistema, el diseño de la protección se vuelve más detallado. Las distintas partes de la arquitectura eléctrica se enfrentan a diferentes condiciones de corriente y escenarios de falla, lo que significa que los componentes de protección deben seleccionarse según su aplicación específica.

Los fusibles de batería son un componente de protección importante en los sistemas de corriente continua de alto voltaje. Su aplicación no se limita a una sola ubicación, sino que se extiende a lo largo de diferentes etapas de la arquitectura de almacenamiento de energía.

El papel de los fusibles de las baterías en las arquitecturas de almacenamiento de energía

Un sistema típico de almacenamiento de energía en baterías de alto voltaje puede incluir:

• Celdas y módulos de batería
• Soportes para baterías
• Cajas de alta tensión
• Sistemas de conversión de energía (PCS)
• conexiones de distribución de CC

Cada sección tiene características eléctricas diferentes.

Por ejemplo, los circuitos del lado de la batería pueden experimentar altas corrientes de falla debido a la energía almacenada en las celdas de la batería, mientras que las conexiones del lado del PCS pueden tener requisitos diferentes relacionados con la conversión de energía y el funcionamiento del sistema.

Por lo tanto, al seleccionar el fusible de la batería, es necesario tener en cuenta la posición de instalación real y las condiciones de funcionamiento.

Aplicaciones de fusibles de batería en paquetes y bastidores de baterías

La protección de la batería y del bastidor es una de las aplicaciones más comunes de los fusibles para baterías.

A este nivel, el fusible ayuda a proteger los circuitos de la batería contra condiciones de corriente anormales y limita el impacto de las fallas dentro de las secciones individuales.

Entre las consideraciones clave se incluyen:

• Nivel de voltaje de la batería
• Corriente de funcionamiento continua
• Capacidad de corriente de cortocircuito
• Condiciones térmicas
• Entorno de instalación

La selección adecuada de fusibles ayuda a evitar que un fallo en una sección de la batería afecte a todo el sistema de almacenamiento de energía.

Aplicaciones de fusibles de batería en cajas de alta tensión

La caja de alta tensión (caja HV) es un punto de conexión clave entre los sistemas de baterías y los equipos de alimentación posteriores.

Dependiendo del diseño del sistema, las cajas de alta tensión pueden integrar:

• Contactores de CC
• Circuitos de precarga
• Componentes de protección
• Interfaces de monitorización

Los fusibles de batería utilizados en aplicaciones de cajas de alta tensión deben funcionar conjuntamente con los componentes de conmutación y control.

Mientras que los contactores de CC proporcionan una conexión y un aislamiento controlados durante el funcionamiento normal, los fusibles de batería proporcionan una protección rápida cuando se producen condiciones de corriente anormales.

La coordinación entre estos componentes es importante para mantener un funcionamiento seguro y fiable del sistema.

Protección del fusible de la batería en el lado de CC del PCS

La conexión entre el sistema de baterías y el sistema de conversión de energía (PCS) es otro punto de protección importante.

El PCS gestiona la conversión de energía entre la alimentación de CC de la batería y los sistemas de alimentación de CA, por lo que una protección fiable del lado de CC resulta esencial.

La selección de fusibles para interfaces PCS requiere considerar lo siguiente:

• Voltaje de funcionamiento en CC
• Características actuales
• Capacidad de interrupción de fallas
• Requisitos de coordinación del sistema

Un fusible de CC adecuado ayuda a proteger tanto el sistema de baterías como los equipos de conversión de energía conectados.

Parámetros clave para la selección del fusible de la batería

Si bien la ubicación de la aplicación es importante, los ingenieros también deben evaluar varios parámetros eléctricos al seleccionar los fusibles de la batería.

Tensión nominal

La tensión nominal del fusible debe coincidir con la tensión máxima de funcionamiento del sistema de baterías.

A medida que los sistemas de almacenamiento de energía adoptan arquitecturas de mayor voltaje, se requieren fusibles de CC de alto voltaje para proporcionar una protección fiable en condiciones exigentes.

Calificación actual

La potencia nominal actual debe seleccionarse en función de las condiciones reales de funcionamiento, y no solo de los valores nominales del sistema.

Entre los factores a tener en cuenta se incluyen:

• Corriente de carga y descarga continua
• Características de carga
• Temperatura ambiente
• Condiciones de funcionamiento del sistema

Capacidad de rotura

Los sistemas de baterías pueden liberar una cantidad significativa de energía de falla debido a su capacidad eléctrica almacenada.

La capacidad de ruptura del fusible debe ser adecuada para la corriente de falla prevista, a fin de garantizar una interrupción segura durante condiciones anormales.

Coordinación entre los fusibles de la batería y otros componentes de protección.

Los fusibles de la batería forman parte de un sistema completo de protección eléctrica.

En las aplicaciones de almacenamiento de energía de alto voltaje, el funcionamiento fiable depende de la coordinación entre:

• fusibles de la batería
• Contactores de CC
• Sistemas de gestión de baterías (BMS)
• Sistemas de conversión de energía
• Sistemas de monitoreo y control

Cada componente realiza una función diferente.

Por ejemplo:

• Los fusibles proporcionan una protección rápida contra corrientes excesivas;
• Los contactores proporcionan conmutación y aislamiento controlados;
• El sistema de gestión de baterías (BMS) supervisa el estado de la batería y gestiona el funcionamiento del sistema.

En conjunto, estos componentes contribuyen a diseñar sistemas de almacenamiento de energía más seguros y fiables.

Apoyando el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía de alto voltaje confiables.

A medida que los sistemas de almacenamiento de energía siguen aumentando en voltaje y capacidad de potencia, los requisitos de protección se vuelven más específicos para cada aplicación.

Los fusibles de las baterías siguen siendo un componente importante en las diferentes etapas de la arquitectura del sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS), desde los bastidores de baterías hasta la distribución de alto voltaje y las conexiones PCS.

Comprender el entorno de aplicación y los requisitos eléctricos ayuda a los ingenieros a seleccionar las soluciones de protección adecuadas para los diferentes sistemas de almacenamiento de energía.