A gran escala sistemas de almacenamiento de energía de litio de alto voltaje , el funcionamiento en paralelo de los grupos de baterías es una arquitectura común utilizada para lograr una mayor capacidad, escalabilidad de energía y confiabilidad del sistema. En EverExceed Esta arquitectura se aplica ampliamente en el almacenamiento de energía a escala de red, sistemas de energía de respaldo UPS y soluciones de energía industrial. Sin embargo, si bien la conexión en paralelo ofrece ventajas significativas, también presenta desafíos técnicos que deben gestionarse con cuidado

Ventajas principales (Pros)

1. Escalabilidad flexible y diseño modular

Capacidad bajo demanda y expansión de potencia:
Al aumentar o disminuir el número de grupos de baterías en paralelo, la capacidad y la potencia del sistema se pueden escalar con flexibilidad sin tener que rediseñar todo el sistema de baterías. Esto hace que la arquitectura paralela sea ideal para aplicaciones modulares de ESS y SAI.

Fabricación estandarizada:
Cada grupo de baterías se puede diseñar y producir de forma estandarizada y en masa, lo que ayuda a reducir los costes de fabricación y, al mismo tiempo, garantiza la consistencia y la calidad del producto

Facilidad de mantenimiento y sustitución:
Si falla un solo grupo, se lo puede aislar eléctricamente, reparar o reemplazar sin apagar todo el sistema, lo que mejora significativamente la disponibilidad y capacidad de mantenimiento del sistema.

2. Mayor redundancia y confiabilidad del sistema

Redundancia N+1:
Se puede configurar un grupo de baterías adicional para que, incluso si un grupo falla, el sistema pueda continuar funcionando a la potencia nominal, lo que garantiza un suministro ininterrumpido para cargas críticas como centros de datos e instalaciones industriales

Capacidad de aislamiento de fallos:
Los fallos como cortocircuitos internos o mal funcionamiento del BMS pueden confinarse dentro de un grupo individual. Mediante el uso de aisladores de CC y contactores, los fallos se pueden desconectar rápidamente, lo que reduce el riesgo sistémico

3. Mayor eficiencia y optimización operativa

Corriente reducida por grupo:
El uso compartido de corriente en paralelo reduce la corriente que fluye a través de cada grupo de baterías, lo que reduce la tensión eléctrica en conectores, cables y celdas. Esto disminuye las pérdidas Joule dentro del grupo.

Ppérdida=I2RP_{pérdida} = I^2R P l pérdida = Yo 2 R

y puede mejorar la eficiencia general del sistema

Flexibilidad operativa mediante programación inteligente:
Avanzado Sistemas de gestión de energía (EMS) puede despachar clústeres de forma inteligente según las condiciones en tiempo real. Por ejemplo, se pueden priorizar los clústeres con mayor SOC y menor resistencia interna, mientras que los clústeres sobrecalentados se pueden desconectar temporalmente para enfriarlos, lo que prolonga la vida útil del sistema

Principales desafíos y riesgos (contras)

1. Corriente circulante (el principal inconveniente)

Causa raíz:
Debido a las diferencias inevitables en el voltaje de salida entre los grupos (causadas por el estado de carga, la temperatura, la resistencia interna y el envejecimiento), los grupos con mayor voltaje pueden cargar a los que tienen menor voltaje, generando una corriente circulante que no fluye hacia la carga externa ni hacia la red eléctrica

Los riesgos incluyen:

• Pérdida de energía: La corriente circulante se convierte directamente en calor, lo que reduce la eficiencia del sistema

• Envejecimiento acelerado: Algunos clústeres experimentan ciclos de carga y descarga innecesarios, lo que acelera la degradación de la capacidad.

• Riesgo de sobrecorriente: Las corrientes circulantes severas pueden exceder las capacidades nominales de los fusibles, contactores o dispositivos de potencia, lo que podría provocar fallas

2. Inconsistencia amplificada y mayor complejidad del control

“Efecto del eslabón más débil”:
En sistemas en paralelo, la capacidad utilizable total está limitada por el grupo que alcanza primero los límites de carga o descarga. Cualquier inconsistencia reduce directamente la capacidad efectiva del sistema

Complejidad de BMS multicapa:
Los sistemas de alto voltaje en paralelo suelen requerir una arquitectura de control de tres niveles :
BMS a nivel de celda → BMS a nivel de clúster → EMS a nivel de sistema.
El EMS debe ejecutar algoritmos sofisticados para el equilibrio de corriente, la ecualización del SOC y la evaluación del estado, lo que aumenta significativamente la complejidad del software y la comunicación

3. Coordinación de la protección y riesgos de seguridad

Corriente de falla extremadamente alta:
Durante los cortocircuitos del lado de CC, todos los grupos de baterías en paralelo se descargan simultáneamente en el punto de falla, generando corrientes de cortocircuito extremadamente altas. Esto impone requisitos estrictos a los interruptores automáticos y dispositivos de protección de CC.

Desafíos de la selectividad de la protección:
Los umbrales de protección y los tiempos de respuesta deben coordinarse con precisión en todos los niveles (celda, módulo, clúster, sistema) para garantizar que solo se aísle la unidad defectuosa más pequeña, evitando así fallos en cascada

4. Inversión inicial y costo del sistema

Componentes redundantes adicionales:
Cada grupo de baterías requiere su propio BMS, contactores, fusibles y, en algunos casos, convertidores CC/CC para el equilibrio de corriente activo, lo que aumenta los costes de hardware

Mayor coste de integración del sistema:
El diseño eléctrico complejo, la gestión térmica coordinada y el desarrollo de software de control avanzado aumentan significativamente los costos de ingeniería y puesta en marcha.

Soluciones técnicas clave: cómo maximizar los beneficios y mitigar los riesgos

1. Aislamiento y regulación activa basada en convertidor CC/CC

Cada grupo de baterías está equipado con un convertidor CC/CC bidireccional en su salida.

Ventajas:

• Elimina por completo la corriente circulante

• Permite un control independiente de carga/descarga para cada grupo

• Maximiza la capacidad utilizable y la estabilidad del sistema

• Representa la solución más eficaz para gestionar la inconsistencia.

Contras:

• Mayor coste y volumen del sistema

• Ligera pérdida de eficiencia (normalmente todavía >97 %)

2. Equilibrio de corriente pasivo con gestión avanzada

Emparejamiento estricto de grupos:
Antes de la conexión en paralelo, los grupos se emparejan cuidadosamente en voltaje, resistencia interna y capacidad

Algoritmos BMS avanzados a nivel de clúster:
La estimación precisa de SOC y SOH permite al EMS optimizar las estrategias de despacho y controlar dinámicamente la participación del grupo.

Medidas de supresión de la corriente circulante:
Uso de resistencias de amortiguación o topologías optimizadas para limitar la magnitud de la corriente circulante.

Resumen y conclusión

Recomendación final

Funcionamiento en paralelo de grupos de baterías de litio de alto voltaje es esencial para escalar la modernidad sistemas de almacenamiento de energía , pero su implementación exitosa depende en gran medida de:

1. Coincidencia precisa de celdas y grupos

2. Potente, inteligente y multinivel BMS y EMS

3. Diseño eléctrico y de seguridad riguroso, especialmente para la coordinación de la protección y la supresión de la corriente circulante

4. Relación coste-rendimiento:

   • Para aplicaciones que exigen máxima eficiencia y consistencia Se recomiendan arquitecturas aisladas CC/CC

   • Para proyectos sensibles a los costos con clústeres bien adaptados, se pueden aplicar soluciones avanzadas de gestión pasiva.

En EverExceed , estos principios están totalmente integrados en el diseño de nuestros Sistemas de baterías de litio de alto voltaje para almacenamiento de energía, sistemas de respaldo de UPS, centros de datos y aplicaciones de energía industrial. , garantizando un funcionamiento seguro, alta eficiencia y confiabilidad a largo plazo.