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模塊化電池儲能系統(tǒng) (BESS) 在住宅、工業(yè)和公用事業(yè)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(wǎng)故障時用作備用電源，調(diào)節(jié)工業(yè)環(huán)境中的能源使用峰值，并支持風(fēng)能、太陽能等可再生能源的并網(wǎng)。雖然這種系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)能夠簡化安裝，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展并支持有效更換老舊的電池模塊，但設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，以及堅固耐用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠之外，設(shè)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(yīng)滿足反極性保護(hù)、完全防觸摸等功能的要求。 本文將討論與 BESS 模塊連接有關(guān)的問題。然后，介紹并展示如何使用 Phoenix Contact 為 BESS 應(yīng)用而設(shè)計的一系列插拔式電池電極連接器。 電池電極連接器的性能要求 住宅、商業(yè)和公用事業(yè)應(yīng)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(yīng)用的最優(yōu)先考慮事項(xiàng)，但極高的靈活性更有利于住宅安裝。在商業(yè) BESS 設(shè)計中，維護(hù)方面的考慮很重要。公用事業(yè)級 BESS 在安裝方面不太強(qiáng)調(diào)靈活性，但總體上是要求最高的應(yīng)用，期望快速安裝（作業(yè)時間短）、安全性高、故障率低、成本低且維護(hù)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(guān)重要。 
表 1：不同的應(yīng)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(yīng)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(diǎn)： · 這種連接器的標(biāo)準(zhǔn)化程度低，缺乏應(yīng)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(xiàn)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(dǎo)致過熱。 · 接線片式連接器直接暴露于外界環(huán)境中，無任何保護(hù)；當(dāng)在戶外使用時，插片式連接器的可靠性會因?yàn)楸┞对诨覊m或低壓水柱以及冷凝和水霧環(huán)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(xiàn)有安全標(biāo)準(zhǔn)，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(fèi)時，而且容易出現(xiàn)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(diǎn)，設(shè)計人員可以使用 Phoenix Contact 專門設(shè)計的插拔式電池電極連接器，以滿足消費(fèi)、商業(yè)/工業(yè)和公用事業(yè) 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(fèi)者、工業(yè)和公用事業(yè)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(shí)現(xiàn)快速安裝，且觸電阻低。這種連接器具有反極性保護(hù)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(tài)電壓，如放置 BESS 的戶外機(jī)柜。這種連接器達(dá)到了 IEC 60664-1 的 2 級污染要求，因此適用于只發(fā)生非導(dǎo)電污染的環(huán)境，且偶爾可能會出現(xiàn)由冷凝引起的臨時導(dǎo)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(jī)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(hù)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(jī)械鍵銷和顏色編碼，可防止交叉接線。當(dāng)把這種連接器插入觸摸保護(hù)型插座并鎖定到位時，會發(fā)出“咔噠”聲。（圖片來源：Phoenix Contact） 這種連接器可以根據(jù)需要旋轉(zhuǎn) 360˚，因此能夠進(jìn)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(jié)省四分之三的安裝時間。典型的工業(yè)或商業(yè)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(yè)級 BESS 裝置則包含數(shù)百或數(shù)千個電池模塊。在此類應(yīng)用中，使用專門設(shè)計的電池電極連接器與接線片式連接器相比，可以節(jié)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(diǎn)，運(yùn)行高度可靠、安全，包括可防止意外斷開的主動式鎖定機(jī)構(gòu)（圖 4）。這種連接器的電氣額定值為 1500 VDC、120 A，可執(zhí)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(jī)構(gòu)：左側(cè) (A) 所示為鎖定機(jī)構(gòu)/釋放桿處于鎖定狀態(tài)；中間 (C) 所示為斷開情況；連接器斷開是通過將鎖定機(jī)構(gòu)（右側(cè) B）向配接界面滑動實(shí)現(xiàn)的。（圖片來源：Phoenix Contact） 電池電極連接器的例子 Phoenix Contact 的電池電極連接器系統(tǒng)由成對的電纜連接器和具有鍍銀觸點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)，即最新的 UL 電池應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。在這之前，大多數(shù)電池連接器執(zhí)行 UL1977 標(biāo)準(zhǔn)，這是一個更普遍的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)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(biāo)準(zhǔn)。除了符合最新的 UL 4128 標(biāo)準(zhǔn)（如下所列）外，這種電池電極連接器還滿足重要的 BESS 相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)要求，具體包括： · EN61984 - 連接器 - 安全要求和測試 · IEC 62933 - 蓄能 (EES) 系統(tǒng) · 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(tǒng)和設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn) · UL 4128 - 用于電化學(xué)電池系統(tǒng)應(yīng)用的電池間和層間連接器的調(diào)查大綱 如 1106307 等電纜連接器為黑色，用于負(fù)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(jī)構(gòu)可防止連接意外斷開。
圖 5：電池電極連接器系統(tǒng)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(fù)電極。該連接器系統(tǒng)配備一個滑動式鎖定機(jī)構(gòu)（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(tǒng)集成商的技術(shù)要求外，面板安裝型電池電極連接器讓 BESS 系統(tǒng)設(shè)計人員能夠靈活地在系統(tǒng)內(nèi)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(fù)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(tǒng)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(tǒng)的特性和優(yōu)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(fù)極 黑色和橙色具有獨(dú)特的接口，可防止交叉配接 主動式鎖定機(jī)構(gòu)可防止連接意外斷開 電纜連接器提供 16 mm2 和 25 mm2 導(dǎo)線規(guī)格的壓接端子 連接器系統(tǒng)配接后可 360° 旋轉(zhuǎn)，以簡化安裝 可執(zhí)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(shè)計，保證操作者安全 IP65 級外殼保護(hù)系統(tǒng)不受環(huán)境影響 鍍銀觸點(diǎn)，接觸電阻 ≤ 5 mΩ，連接接口可靠 符合 IEC 標(biāo)準(zhǔn)的 120 A 和 1500 VDC 工作溫度范圍：-40°C 至 +125°C 設(shè)計和應(yīng)用注意事項(xiàng) 為了確保安全、可靠地運(yùn)行，設(shè)計和安裝人員在使用插拔式電池電極連接器系統(tǒng)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(yùn)行情況下，連接器發(fā)熱溫和。在高溫環(huán)境條件下，連接器會持續(xù)變熱。如果預(yù)計在高環(huán)境溫度下使用連接器，則可能需要如 DIN EN ISO 13732-1:2008-12 規(guī)定的燙傷警告。 應(yīng)在未使用的連接器上安裝保護(hù)帽。 電纜組件中的連接器張力載荷不能超過規(guī)范中規(guī)定的上限。 結(jié)論 隨著 BESS 系統(tǒng)的部署加速，以確保可靠的電力病適應(yīng)可再生能源，設(shè)計人員需要更多地關(guān)注這些模塊化電池系統(tǒng)對電池電極連接器的要求。使用插拔式電池電極連接器，設(shè)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(yè)/工業(yè)和公用事業(yè) BESS 裝置的可靠性、擴(kuò)展性、維護(hù)、環(huán)境和成本要求。 來源：Digi-Key 作者：Jeff Shepard |
