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Importância da compatibilidade entre bancos de baterias e inversores

Comunicação entre o inversor e o sistema de BMS é essencial para o uso seguro das baterias de lítio

Autor: 28 de dezembro de 2021janeiro 3rd, 2022Armazenamento
Importância da compatibilidade entre bancos de baterias e inversores

É necessário consultar o fabricante das baterias sobre as marcas e os modelos de inversores compatíveis com o produto. Foto: BYD/Divulgação

Baterias de lítio são as preferidas hoje para muitas aplicações na área de energia.

Grande parte do sucesso das baterias de lítio deve-se ao mercado de veículos elétricos, que nos últimos anos tem impulsionado bastante as pesquisas e os desenvolvimentos em tecnologias de baterias e também na área de eletrônica.

A BYD, um dos maiores fabricantes mundiais de baterias e veículos elétricos, disponibiliza soluções de bancos de baterias de lítio para o mercado de armazenamento de energia, com soluções para residências e aplicações comerciais e industriais.

Por exemplo, a linha Battery-box Premium LVL da BYD permite a utilização escalável em sistemas de 15,5 kWh até próximo de 1 MWh. O produto emprega a tecnologia conhecida como LFP (lítio, ferro e fosfato), livre de cobalto, o que proporciona maior segurança, maior vida útil e maior densidade de potência.

Banco de baterias de lítio Battery-box Premium LVL da BYD, destinado a aplicações em sistemas de maior porte

Banco de baterias de lítio Battery-box Premium LVL da BYD, destinado a aplicações em sistemas de maior porte

A importância do sistema de gerenciamento de baterias (BMS)

As baterias de lítio apresentam características superiores às suas predecessoras de chumbo ácido, que por muito tempo dominaram o mercado de armazenamento de energia.

Algumas vantagens das baterias de lítio são a sua alta densidade de energia, sua capacidade de carga e recarga rápida, sua alta eficiência (96%, considerando um ciclo completo de carga e descarga) e sua capacidade de operar com estados parciais de carga. 

Entretanto, as vantagens da bateria de lítio são acompanhadas de alguns cuidados que exigem o uso de BMS (battery management systems – sistemas de gerenciamento de baterias) para a operação segura. 

Diferentemente das baterias de chumbo ácido, que podiam ser simplesmente conectadas aos inversores, sem grandes cuidados, as baterias de lítio devem estar acompanhadas de sistemas eletrônicos de BMS. 

O BMS (battery management system) é um sistema eletrônico responsável pelo monitoramento e pelo controle das baterias de lítio. O BMS monitora a tensão, a corrente, a temperatura e o estado de carga das baterias e conversa com o inversor através de um cabo de comunicação. 

A comunicação entre o inversor e o sistema de BMS é essencial para o uso seguro das baterias de lítio.

Entre outras coisas, o BMS é responsável por monitorar e limitar diversas variáveis relacionadas à operação das baterias, evitando sobrecarga, sobretensão, subtensão e sobretemperatura.

Além do monitoramento, o BMS ainda tem a importante função de realizar a equalização das células dos bancos de baterias. Baterias de lítio são sempre encontradas na forma de bancos que contêm uma certa quantidade de células ligadas em série.

O BMS possibilita que as células permaneçam dentro dos limites operacionais seguros e agir assim que qualquer uma das células individuais começar a sair dos limites. A ação realizada depende da complexidade do BMS.

Normalmente o BMS vai desconectar o circuito para evitar a sobrecarga da bateria (se a tensão estiver muito alta) ou a sua descarga excessiva (se a tensão estiver muito baixa). 

Ele também vai verificar se as células do pack têm a mesma tensão, atuando ativamente sobre algumas células para que sua tensão seja equalizada com as demais. Esse controle individual das células evita sobretensão e incêndio. 

Alguns sistemas de BMS também podem monitorar a temperatura e desconectar o circuito se as células atingirem condições perigosas.

Em resumo, podemos listar estas funções principais para um sistema de BMS (battery management system):

  • Monitorar a tensão do banco de baterias e das células individualmente, protegendo as células e o conjunto contra sobretensão;
  • Equalizar a tensão de cada célula, agindo ativamente sobre as células que apresentarem desequilíbrio;
  • Monitorar a temperatura das células e controlar o sistema de resfriamento, quando existente;
  • Monitorar a corrente de carga e descarga do banco de baterias, protegendo contra sobrecorrente;
  • Estimar o estado de carga (SOC = state of charge) das baterias;
  • Monitorar a profundidade de descarga das baterias (DOD = depth of discharge), protegendo contra descarga excessiva;
  • Monitorar o número de ciclos de carga e descarga e indicar o final da vida útil das baterias.

Compatibilidade entre bancos de baterias e inversores

O banco de baterias deve ser cuidadosamente selecionado e dimensionado na fase do projeto, em função da marca e do modelo de inversor que vai ser utilizado.

Ainda é possível que o inversor seja escolhido em função das baterias. Sendo hoje um dos elementos mais sensíveis dos sistemas de energia, e também sendo um produto disponibilizado por um pequeno número de fabricantes mundialmente, muitas vezes vamos nos deparar com a necessidade de escolher um inversor compatível com o banco de baterias que foi selecionado para o projeto.

A importância entre a escolha do banco de baterias e a criteriosa seleção do inversor ocorre pelo fato de que os bancos de baterias de lítio possuem sistemas eletrônicos de BMS, como explicamos na seção anterior.

Baterias de lítio não funcionam sem o BMS. Os fabricantes de baterias fornecem ao mercado soluções já integradas, prontas para o uso, que contêm dispositivos de proteção, disjuntores, BMS e portas de comunicação para a conexão com os inversores.

Durante a operação do sistema de energia, é importante que exista um canal de comunicação entre o banco de baterias e o inversor. Esses equipamentos se comunicam constantemente e conversam sobre o estado de carga das baterias (SOC – state of charge) e sobre a corrente máxima que as baterias permitem, por exemplo.

Diferentemente do que fazíamos antigamente com as baterias de chumbo ácido, não podemos escolher aleatoriamente uma marca de inversor e uma marca de baterias para formar um sistema de energia. Os manuais dos fabricantes (das baterias e dos inversores) devem ser consultados para verificar a compatibilidade entre os equipamentos.

A seguir é ilustrada uma tabela de compatibilidade de inversores fornecida pela BYD, fabricante de baterias. A tabela refere-se à família Battery-BOX Premium LVL. Verifica-se que para este produto, no presente momento, estão homologados inversores dos seguintes fabricantes: SMA, Victron, Selectronic, Studer e GoodWe.

Outros fabricantes podem ser acrescentados com o tempo, conforme os fabricantes vão interagindo para proporcionar a homologação da compatibilidade entre seus produtos.

Em resumo, sempre que você desejar empregar um banco de baterias em seu projeto de sistema de armazenamento ou sistema fotovoltaico híbrido, é necessário consultar o fabricante sobre as marcas e modelos de inversores compatíveis com o produto.

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