El rápido avance de los sistemas de almacenamiento de energía en aplicaciones comerciales e industriales también ha generado nuevos desafíos en materia de seguridad. A medida que crece la demanda y los BESS se vuelven más comunes en fábricas, centros comerciales, hospitales y centros logísticos, aumenta la exposición a riesgos como cortocircuitos, fallos de aislamiento, difusión térmica e incendios, eventos que ya han causado accidentes a gran escala en todo el mundo.
Este escenario presiona al sector a buscar soluciones de ingeniería más robustas, capaces de aumentar la confiabilidad de los sistemas y garantizar que la expansión del almacenamiento de energía esté acompañada de estándares técnicos más rigurosos.
Los sistemas de almacenamiento de energía comerciales e industriales (C&I) son altamente complejos y, por lo tanto, requieren un riguroso nivel de integración entre sus componentes eléctricos y térmicos. Si bien las celdas de batería han avanzado considerablemente, cabe destacar que la verdadera seguridad de los BESS (sistemas de almacenamiento de energía en baterías) depende actualmente del diseño de integración del sistema en su conjunto.
Las soluciones convencionales aún presentan deficiencias significativas, especialmente en la protección contra cortocircuitos y la contención de fugas térmicas, que son precisamente los mecanismos que con mayor frecuencia desencadenan accidentes. Estas deficiencias convierten el diseño de seguridad en uno de los principales desafíos del sector, afectando tanto la fiabilidad operativa como la capacidad de prevenir la escalada de fallos.
O Nuevo informe técnico sobre seguridad de doble enlace C2C Publicado por Huawei en asociación con TÜV Rheinland, este informe presenta un análisis en profundidad de los riesgos crecientes en los sistemas de almacenamiento de energía C&I y propone una nueva arquitectura de seguridad estructurada para abordar los principales mecanismos que provocan fallas, incendios y explosiones en las baterías de litio.
El documento contextualiza el crecimiento acelerado del mercado, impulsado por la caída del precio del carbonato de litio, la madurez de los modelos PV+ESS y las políticas de incentivos. Sin embargo, advierte que este progreso viene acompañado de un aumento significativo de accidentes, especialmente en entornos complejos como fábricas, centros comerciales, hospitales y campus universitarios.
El documento destaca que más de Tres cuartas partes de los accidentes notificados a nivel mundial Desde 2009 se han producido acontecimientos en Sistemas C&IEstas fallas suelen estar relacionadas con fallas de aislamiento, cortocircuitos internos o difusión térmica incontrolada. El análisis de los casos revela un patrón preocupante: muchos sistemas dañados... Cumplieron con los estándares internacionales.Esto pone de relieve que los estándares actuales aún son insuficientes para escenarios con alta densidad poblacional y elevado valor de la propiedad.
Los cortocircuitos, como se mencionó anteriormente, constituyen uno de los principales riesgos de seguridad en los sistemas de almacenamiento de energía, ya que pueden propagarse rápidamente y provocar una fuga térmica, causando graves daños al sistema. Pueden deberse a diversos factores; la Figura 1 muestra las principales causas de cortocircuitos en sistemas de almacenamiento de energía.
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Figura 1: Causas de cortocircuitos eléctricos en sistemas de almacenamiento. Fuente: Informe técnico de seguridad de Huawei
Panorama actual de los sistemas de almacenamiento
Los sistemas de almacenamiento de energía C&I son altamente complejos y dependen de la integración precisa entre sus componentes eléctricos y térmicos. Si bien la tecnología de celdas ha avanzado, los mayores riesgos de seguridad actuales surgen de fallas en el diseño de la integración, especialmente en la protección contra cortocircuitos y la capacidad de suprimir o contener la fuga térmica, como señala el documento de Huawei.
Estos dos mecanismos están en el centro de la escalada de accidentes, ya que un cortocircuito interno en una celda puede desencadenar rápidamente reacciones exotérmicas intensas, temperaturas superiores a 1.000 °C y la liberación de un gran volumen de gases combustibles, creando condiciones para un incendio o una explosión en períodos cortos.
Los sistemas convencionales actuales presentan deficiencias significativas en la detección de cortocircuitos internos. Los chips de adquisición de datos tradicionales presentan baja precisión, un alto margen de error y una velocidad insuficiente, lo que limita su capacidad para identificar parámetros celulares anormales y emitir alertas tempranas.
Además, conexiones de cables incorrectas, fallos de componentes como los IGBT y daños durante el transporte o la instalación pueden provocar distintos tipos de cortocircuitos (entre barras colectoras positivas y negativas, entre fases del lado de CA o incluso cortocircuitos a tierra), lo que aumenta el riesgo de incendio cuando no hay una desconexión rápida de la corriente alta.
Otro punto crítico que destaca el documento es el diseño inadecuado del aislamiento a nivel del paquete de baterías. El aislamiento convencional se centra en la carcasa exterior y descuida el aislamiento entre celdas adyacentes, módulos y la cubierta superior, lo que permite la propagación de fallas eléctricas y térmicas.
El material utilizado en estos conjuntos también es insuficiente para entornos de alta temperatura: los electrolitos filtrados corroen la capa de aislamiento en cuestión de días y las carcasas de plástico pueden derretirse durante una fuga térmica, comprometiendo toda la estructura.
Como resultado, las fallas de aislamiento se convierten en desencadenantes de cortocircuitos internos y daños a gran escala del sistema, lo que requiere un rediseño completo de las soluciones de protección tradicionales para cumplir con los requisitos de seguridad actuales.
La figura 2 muestra un ejemplo de fusión de un conjunto de celdas debido a una fuga térmica en sistemas de aislamiento convencionales.
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Figura 2: Fusión del conjunto de celdas debido a una fuga térmica. Fuente: Informe técnico de seguridad de Huawei. Arquitectura C2C: Seguridad eléctrica y térmica integrada para BESS en Comercio e Industria (C&I)
En respuesta al escenario descrito en los temas anteriores, Huawei presenta el “C2C: De la célula al consumidor”, un innovador modelo de arquitectura de seguridad de doble enlace (C2C), que reconstruye la seguridad desde el nivel celular hasta el punto de consumo, actuando simultáneamente en dos frentes: seguridad eléctrica y seguridad térmica.
La figura 3 muestra el ADN de la arquitectura de seguridad de doble enlace. C2C De Huawei, que establece una protección completa en todas las capas del sistema, comenzando por la celda individual, pasando por el paquete de baterías, y llegando al nivel operativo BESS, creando una barrera de seguridad continua de principio a fin.
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Figura 3: Arquitectura de seguridad de doble enlace C2C. Fuente: Informe técnico de seguridad de Huawei. En la conexión eléctrica, el sistema emplea sensores inteligentes, algoritmos avanzados basados en la nube y monitoreo continuo para detectar más de 13 tipos de fallas en las celdas, además de implementar aislamiento reforzado de seis lados, pintura aislante con 30 días de resistencia electrolítica y envolventes metálicos capaces de mantener la integridad incluso a altas temperaturas.
Se detecta una importante mejora de seguridad en protección de cinco nivelesEsta protección, frente a tres o como máximo cuatro protecciones en los sistemas tradicionales del mercado, garantiza la seguridad en cada etapa del sistema y consiste en la aplicación de un fusible en el pack de baterías, un contacto reforzado a nivel de rack, un fusible reforzado a nivel de rack, ninguna onda transmitida por el IGBT del PCS y un interruptor automático instantáneo del PCS.
Esto es esencial para evitar fallas eléctricas, como cortocircuitos de la celda a tierra, cortocircuitos entre las barras positivas y negativas en las puertas delantera y trasera del rack de baterías, cortocircuitos dentro del PCS y cortocircuitos entre fases en el lado de CA, logrando una protección completa del lado de CC al lado de CA.
La Figura 4 presenta la arquitectura de protección de cinco niveles de Huawei BESS.
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Figura 4: Protección de cinco capas del sistema BESS de Huawei. Fuente: Libro blanco de seguridad de Huawei. Además, en caso de un cortocircuito desde la celda hasta la tierra de alta corriente, que tiene una mayor probabilidad de incendiarse, se puede lograr una desconexión rápida en tan solo 5 ms, una importante ventaja técnica que impacta directamente en la prevención de incendios y la protección de personas y activos.
La Figura 5 presenta la arquitectura de seguridad del enlace eléctrico C2C analizada en este tema.
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Figura 5: Seguridad de enlace dual C2C: arquitectura de seguridad de enlace eléctrico. Fuente: Informe técnico de seguridad de Huawei. En la protección del paquete de baterías se aplican materiales aislantes de alta resistencia entre las celdas y en los puntos de contacto con tapas, placas y conjuntos, evitando cortocircuitos provocados por conexiones incorrectas, arcos eléctricos y chispas que pudieran llegar a la carcasa de la batería.
La figura 6 muestra el aislamiento de seis lados de las celdas y paquetes de baterías realizado en los sistemas BESS producidos por Huawei.
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Figura 6: Aislamiento hexagonal del paquete de baterías. Fuente: Informe técnico de seguridad de Huawei. En cuanto a la unión térmica, el equipo incorpora materiales aislantes innovadores con resistencia >350 °C y conductividad ≤0,1 W/(m·K), diseñados para evitar la propagación de fugas térmicas entre celdas. El sistema también incorpora refrigeración líquida rápida y estrategias de bloqueo de oxígeno con presión positiva, lo que reduce drásticamente el riesgo de combustión o explosión.
Además, Huawei diseña el gabinete del ESS para ventilar rápidamente los gases internos a través de un camino dirigido, evitando la acumulación que conduce a una explosión estructural, uno de los elementos más críticos encontrados en accidentes recientes.
El objetivo del diseño es minimizar los impactos de un posible evento de descontrol térmico, garantizando que no haya difusión térmica entre celdas, ni incendio en el paquete, ni explosión en el sistema, ni riesgo para el consumidor.
La figura 7 muestra la arquitectura de seguridad de unión térmica C2C.
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Figura 7: Seguridad de doble enlace C2C: arquitectura de seguridad de enlace térmico. Crédito: Libro blanco de seguridad de Huawei. Consideraciones finales: un nuevo nivel de seguridad para BESS C&I
En una industria que crece más rápido que su normalización, el libro blanco de Huawei se posiciona como una guía de referencia para elevar el estándar de seguridad de las aplicaciones BESS en Comercio e Industria (C&I), especialmente dada la complejidad operativa y el alto riesgo que implican estos entornos.
El documento no sólo identifica fallos y cuellos de botella en las normas actuales, sino que también presenta soluciones técnicas concretas, validadas en rigurosas pruebas desarrolladas en conjunto con TÜV Rheinland.
Para empresas, EPC, integradores y profesionales del sector, este material representa una síntesis robusta del estado del arte en seguridad de almacenamiento, al tiempo que destaca por qué la arquitectura C2C se destaca como uno de los enfoques más completos del mercado actual.
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