發布日期：2022-04-17 點擊率：132
模塊化電池儲能系統 (BESS) 在住宅、工業和公用事業級裝置中的使用正在不斷增長。BESS 由多個相互連接的電池模塊組成，用于主電網故障時用作備用電源，調節工業環境中的能源使用峰值，并支持風能、太陽能等可再生能源的并網。雖然這種系統的模塊化結構能夠簡化安裝，實現擴展并支持有效更換老舊的電池模塊，但設計人員需要特別注意對電池電極連接器的選擇。
除了滿足最新的安全和性能標準，以及堅固耐用、經濟實惠之外，設計人員還需要考慮連接器的方向靈活性和承受多次插入/拔出操作的能力，同時保持最小的電接觸電阻以防止過熱。此外，為確保用戶安全，還應滿足反極性保護、完全防觸摸等功能的要求。
本文將討論與 BESS 模塊連接有關的問題。然后，介紹并展示如何使用 Phoenix Contact 為 BESS 應用而設計的一系列插拔式電池電極連接器。
住宅、商業和公用事業應用對電池電極連接器的性能要求各不相同（表 1）。雖然安全是所有應用的最優先考慮事項，但極高的靈活性更有利于住宅安裝。在商業 BESS 設計中，維護方面的考慮很重要。公用事業級 BESS 在安裝方面不太強調靈活性，但總體上是要求最高的應用，期望快速安裝（作業時間短）、安全性高、故障率低、成本低且維護高效。選擇正確的連接解決方案對于滿足不同的性能需求至關重要。
| 住宅商用公用事業靈活性++++++運行時間++++++安全性+++++++++故障率++++++成本++++++維護+++++++ |
表 1：不同的應用對 BESS 連接器的性能要求各不相同。正確的電池電極連接器能夠滿足所有三類應用的需求。（圖片來源：Phoenix Contact）
接線片式電纜連接組件是連接 BESS 中電池模塊的常用方法（圖 1）。接線片式連接器相對便宜，但在 BESS 裝置中使用時存在幾個缺點：
這種連接器的標準化程度低，缺乏應用靈活性
手動連接和擰緊每個接線柱螺母的過程非常耗時，而且容易出現接線錯誤。
如果螺母沒有正確擰緊，連接處會有很高的電阻，從而導致過熱。
接線片式連接器直接暴露于外界環境中，無任何保護；當在戶外使用時，插片式連接器的可靠性會因為暴露在灰塵或低壓水柱以及冷凝和水霧環境中而降低。
接線片式連接器不是觸摸安全式器件，不符合現有安全標準，容易造成安裝人員和維修人員觸電。
圖 1：用電纜插頭組件連接模塊化 BESS 很費時，而且容易出現連接錯誤，且插片連接器本身并不具有觸摸安全性。（圖片：Phoenix Contact）
為了克服接線片式連接器的缺點，設計人員可以使用 Phoenix Contact 專門設計的插拔式電池電極連接器，以滿足消費、商業/工業和公用事業 BESS 裝置的要求（圖 2）。
圖 2：用于 BESS 的插拔式電池電極連接器突破了接線片式連接器的局限性，可滿足消費者、工業和公用事業裝置的性能要求。（圖片來源：Phoenix Contact）
這種連接器具有良好的可觸及性和靈活性，可以從任何方向與電池電極連接以實現快速安裝，且觸電阻低。這種連接器具有反極性保護功能并且完全防觸摸，從而能確保操作安全。IP65 級外殼不僅防塵，還能防止來自任何方向的低壓水柱，防止冷凝和水霧。
這種連接器通過了國際電工委員會 (IEC) 的 III 過電壓評級，能夠承受固定裝置中的瞬態電壓，如放置 BESS 的戶外機柜。這種連接器達到了 IEC 60664-1 的 2 級污染要求，因此適用于只發生非導電污染的環境，且偶爾可能會出現由冷凝引起的臨時導電情況除外。
Phoenix Contact 的插拔式電池電極連接器有彩色編碼和機械鍵銷，以防止交叉接線；而且這種連接器可以方便地插入觸摸保護型插座并鎖定到位（圖 3）。
圖 3：這種插拔式電池電極連接器采用機械鍵銷和顏色編碼，可防止交叉接線。當把這種連接器插入觸摸保護型插座并鎖定到位時，會發出“咔噠”聲。（圖片來源：Phoenix Contact）
這種連接器可以根據需要旋轉 360?，因此能夠進一步簡化和加快安裝。與接線片式連接器相比，使用電池電極連接器在一般情況下可節省四分之三的安裝時間。典型的工業或商業電池架可以有包含 10 到 12 個模塊，而在集裝箱中的一個公用事業級 BESS 裝置則包含數百或數千個電池模塊。在此類應用中，使用專門設計的電池電極連接器與接線片式連接器相比，可以節省大量的安裝時間和成本。
這種插拔式電池電極連接器具有低接觸電阻的特點，運行高度可靠、安全，包括可防止意外斷開的主動式鎖定機構（圖 4）。這種連接器的電氣額定值為 1500 VDC、120 A，可執行 100 次以上插入/拔出操作，且所需插入力 ≤ 75 N，拔出力 ≥10 N。
圖 4：這些插拔式電池電極連接器配備了主動鎖定機構：左側 (A) 所示為鎖定機構/釋放桿處于鎖定狀態；中間 (C) 所示為斷開情況；連接器斷開是通過將鎖定機構（右側 B）向配接界面滑動實現的。（圖片來源：Phoenix Contact）
Phoenix Contact 的電池電極連接器系統由成對的電纜連接器和具有鍍銀觸點的面板安裝連接器組成，其總接觸電阻為 ≤5 mΩ。這種連接器符合 UL 4128 標準，即最新的 UL 電池應用標準。在這之前，大多數電池連接器執行 UL1977 標準，這是一個更普遍的標準，規定最大額定電壓為 1,000 VDC。Phoenix Contact 電池電極連接器的額定電壓為 1500 VDC，符合 UL 4128 標準。除了符合最新的 UL 4128 標準（如下所列）外，這種電池電極連接器還滿足重要的 BESS 相關國際標準要求，具體包括：
EN61984 - 連接器 - 安全要求和測試
IEC 62933 - 蓄能 (EES) 系統
IEC 63066 - 用于可移動蓄能裝置的低電壓對接連接器
UL 9540 - 蓄能系統和設備的標準
UL 4128 - 用于電化學電池系統應用的電池間和層間連接器的調查大綱
如 1106307 等電纜連接器為黑色，用于負極，而 1106306 連接器為橙色，用于正極（圖 5）。電纜連接器上的壓接端子可連接 16 mm2和 25 mm2 電纜，剝線長度為 22 mm。滑動式鎖定機構可防止連接意外斷開。
圖 5：電池電極連接器系統的電纜連接器部分為橘黃色時用于電池正電極（圖片上方），為黑色時用于負電極。該連接器系統配備一個滑動式鎖定機構（連接器左上方），可防止連接意外斷開。（圖片來源：Phoenix Contact）
除了滿足安裝人員和系統集成商的技術要求外，面板安裝型電池電極連接器讓 BESS 系統設計人員能夠靈活地在系統內選擇母線或螺柱附件（圖 6）。與電纜連接器一樣，面板安裝型連接器的正電極為橙色（可選擇母線，如 1130816，或螺柱附件，如 1106303），負電極為黑色（可選擇母線，如 1130814，或螺柱附件，如 1106304）。
圖 6：可選擇母線（左）或螺柱（右）系統連接的面板安裝型電池電極連接器部分的圖片。（圖片來源：Phoenix Contact）
電池電極連接器系統的特性和優勢匯總：
與接線片式連接器相比，安裝時間快了 75%，降低了安裝成本
顏色編碼便于識別極性：
橙色 (+) 正極
黑色 (-) 負極
黑色和橙色具有獨特的接口，可防止交叉配接
主動式鎖定機構可防止連接意外斷開
電纜連接器提供 16 mm2 和 25 mm2 導線規格的壓接端子
連接器系統配接后可 360° 旋轉，以簡化安裝
可執行 100 次以上插入/拔出操作，需插入力 ≤ 75 N，拔出力 ≥10 N。
完全防觸摸設計，保證操作者安全
IP65 級外殼保護系統不受環境影響
鍍銀觸點，接觸電阻 ≤ 5 mΩ，連接接口可靠
符合 IEC 標準的 120 A 和 1500 VDC
工作溫度范圍：-40°C 至 +125°C
為了確保安全、可靠地運行，設計和安裝人員在使用插拔式電池電極連接器系統時，需要考慮幾以下個因素：
不要帶載連接或斷開連接器。
通電之前，連接器必須完全插入并互鎖。
在正常運行情況下，連接器發熱溫和。在高溫環境條件下，連接器會持續變熱。如果預計在高環境溫度下使用連接器，則可能需要如 DIN EN ISO 13732-1:2008-12 規定的燙傷警告。
應在未使用的連接器上安裝保護帽。
電纜組件中的連接器張力載荷不能超過規范中規定的上限。
隨著 BESS 系統的部署加速，以確保可靠的電力病適應可再生能源，設計人員需要更多地關注這些模塊化電池系統對電池電極連接器的要求。使用插拔式電池電極連接器，設計人員可以滿足核心安全和性能要求，同時也滿足住宅、商業/工業和公用事業 BESS 裝置的可靠性、擴展性、維護、環境和成本要求。
BESS：主動能源管理解決方案
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