如何使用插入式電池極柱連接器確保安全高效率的模組化 BESS 部署

模組化電池儲能系統 (BESS) 在住宅、工業和公共事業規模裝置的使用正在成長。BESS 由多個互連電池模組組成，可在主電網故障時提供備用電源，調節工業環境的峰值能源使用，並支援風和太陽能等可再生能源的電網整合。雖然模組化架構可簡化安裝、達到可擴展性，並支援有效更換磨損的電池模組，設計人員在選擇電池極柱連接器時還是需要特別謹慎。

除了滿足最新的安全和效能標準，以及耐用且高成本效益之外，設計人員還需要考慮連接器的定向靈活性和承受多次插拔循環的能力，同時保持最小的電氣接觸電阻以防止過熱。此外，為確保使用者安全，極性反轉保護和完全防觸摸等特點應在需求清單上。

本文討論與 BESS 模組連接相關的問題。然後介紹並展示如何應用來自 Phoenix Contact 的一系列插入式電池極柱連接器，這些連接器專為 BESS 應用所設計。

電池極柱連接器的效能要求

電池極柱連接器的效能預期因住宅、商業和公共事業應用而異 (表 1)。安全是首要任務，其中住宅裝設受益於高度的靈活性。維護注意事項在商業 BESS 設計中很重要。公共事業規模的 BESS 裝設不太重視靈活性，但整體而言是要求最高的應用，期望安裝快速 (低勞力時間)、高安全性、低故障率、低成本和高效率維護。選擇正確的連接解決方案對於滿足不同效能需求非常重要。

表 1：不同的應用對 BESS 連接器效能有不同的要求。正確的電池極柱連接器可以滿足所有三種應用類別的需求。(圖片來源：Phoenix Contact)

纜線接片佈線組件是連接 BESS 電池模組的常用方法 (圖 1)。接片連接器相對便宜，但用於 BESS 裝設有幾個缺點：

• 其標準化程度低，並缺乏應用靈活性
• 手動連接和拴緊每個接片連接器的螺帽是一項耗時的過程，並且容易出現佈線錯誤
• 如果螺帽沒有正確拴緊，連接會產生很高的電阻，導致過熱
• 接片連接器不具備環境保護；用於室外外盒內時，會接觸灰塵或低壓水噴射或冷凝和水噴灑，降低接片連接器的可靠性
• 接片連接器無接觸安全，不符合當前安全標準，如此會對安裝和維護人員帶來潛在電擊危險

圖 1：以纜線接片組件為模組化 BESS 佈線既費時又容易出現佈線錯誤，接片連接器本身無觸摸安全。(圖片：Phoenix Contact)

為了克服使用接片連接器的缺點，設計人員可以轉用 Phoenix Contact 專門設計的插入式電池極柱連接器，滿足消費者、商業／工業和公共事業 BESS 裝設的要求 (圖 2)。

圖 2：用於 BESS 的插入式電池極柱連接器克服接片連接器的侷限性，滿足消費、工業和公用設施裝設的效能需求。(圖片來源：Phoenix Contact)

這些連接器具有良好的存取和靈活性，可從任何方向連接到電池極柱進行快速安裝，並且接觸電阻低。包括極性反轉保護，並且完全防接觸以確保操作人員安全。IP65 防護等級的外殼可防止灰塵以及任何方向的低壓水噴射進入，並防止冷凝和水噴灑。

這些連接器具有國際電工委員會 (IEC) III 類過壓等級，能夠承受固定安裝 (例如裝有 BESS 的室外機櫃) 的暫態電壓。其 IEC 60664-1 污染等級為 2，因此適用於僅有非導電污染的環境，除非偶爾會出現由冷凝引起的暫時導電狀況。

Phoenix Contact 的插入式電池極柱連接器具有顏色編碼和機械鍵控，可防止交叉佈線，並且能簡單插入觸摸保護插座，「咔嗒」一聲固定並鎖定到位 (圖 3)。

圖 3：這些插入式電池極柱連接器採用機械鍵控和顏色編碼，可防止交叉佈線。插入到具有觸摸保護的插座並鎖定到位時，會聽到「咔嗒」聲。(圖片來源：Phoenix Contact)

連接器可以根據需要旋轉 360°，進一步簡化和加速安裝。與使用接片連接器相比，使用這些電池極柱連接器可以節省所需的典型安裝時間達四分之三。典型的工業或商業電池架可以放置 10 到 12 個模組，而一個容器中的公共事業規模 BESS 裝設具有數百或數千個電池模組。在此類應用中，使用專門設計的電池極柱連接器與接片連接器相比，可大幅節省安裝時間和成本。

這些插入式電池極柱連接器具有低接觸電阻並支援高水準的可靠和安全操作，包括防止意外斷開的確閉鎖緊機制 (圖 4)。其額定電壓為 1500 V_DC、120 A，可在插入力 ≤ 75 N 和拔出力 ≥ 10 N 的情況下進行 100 多次插拔循環。

圖 4：這些插入式電池極柱連接器具有確閉鎖緊機制：在左側 (A) 中，鎖定機制／釋放桿位於鎖定狀態；中間 (C) 顯示斷開對；係透過將鎖定機構 (右、B) 朝配接接面滑動斷開。(圖片來源：Phoenix Contact)

電池極柱連接器範例

Phoenix Contact 的電池極柱連接器系統由成對的纜線連接器和含鍍銀觸點的面板安裝連接器組成，總接觸電阻 ≤5 mΩ。連接器的額定值符合 UL 4128，這是電池應用的最新 UL 標準。在此標準之前，大多數電池連接器都使用 UL 1977 標準，該標準是一個更通用的標準，最大額定電壓為 1,000 V_DC。Phoenix Contact 電池極柱連接器的額定電壓為 1500 V_DC，符合 UL 4128 標準。除了滿足最新的 UL 4128 標準 (如下所列) 外，這些電池極柱連接器還滿足重要的 BESS 相關國際標準要求，包括：

• IEC 61984 – 連接器 - 安全要求和測試
• IEC 62933 – 電能存儲 (EES) 系統
• IEC 63066 – 用於可移動儲能單元的低壓對接連接器
• UL 9540 – 儲能系統和設備標準
• UL 4128 – 用於電化學電池系統應用的電池間和層間連接器的調查大綱

纜線連接器 (例如 1106307 的負極為黑色，而 1106306 連接器的正極為橙色 (圖 5)。纜線連接器上的壓接端子可以處理 16 mm² 和 25 mm² 的纜線尺寸，剝線長度為 22 mm。滑動鎖定機制可防止意外斷開。

圖 5：電池極柱連接器系統的纜線連接器一半提供橙色用於正極 (如上圖所示) 和黑色用於負極。包括一個滑動鎖定機制 (上方連接器的右側)，以防止意外斷開。(圖片來源：Phoenix Contact)

除了滿足安裝人員和系統整合商的技術要求外，面板安裝電池極柱連接器還為 BESS 系統設計人員提供在系統內選擇母線或螺絲柱附件的靈活性 (圖 6)。與纜線連接器一樣，面板安裝連接器為正極提供橙色 (可選擇母線，例如 1130816，或螺絲柱附件，例如 1106303) 和黑色用於負極 (可選擇母線，例如 1130814，或螺絲柱附件，例如 1106304)。

圖 6：面板安裝電池極柱連接器半部提供母線 (左) 或螺絲柱 (右) 系統連接選項。(圖片來源：Phoenix Contact)

電池極柱連接器系統的效能特點和優勢總結包括：

• 與接片連接器相比，安裝時間縮短 75%，降低安裝成本
• 顏色編碼，可識別極性：
  • 橘色 (+) 正極
  • 黑色 (-) 負極
• 黑色和橙色連接器對具有獨特的介面，可防止交叉配接
• 確閉鎖緊機制可防止意外斷開
• 纜線連接器具有適用於 16 mm² 和 25 mm² 電線尺寸的壓接端子
• 配對的連接器系統可以旋轉 360° 以簡化安裝
• 額定 100 次插拔循環，插入力 ≤75 N，拔出力 ≥10 N
• 全防觸摸設計，確保操作人員安全
• IP65 防護等級外殼提供環境保護
• 鍍銀觸點，接觸電阻 ≤5 mΩ，連接介面可靠
• IEC 額定值為 120 A 和 1500 V_DC
• 工作溫度範圍為 -40°C 至 +125°C

設計和應用注意事項

為確保安全可靠的作業，設計人員和安裝人員在使用插入式電池極柱連接器系統時需要考慮幾個因素：

• 請勿在負載下連接或斷開連接器。
• 連接器在通電前必須完全插入並互鎖。
• 在正常操作下，連接器會發熱。在高溫環境條件下，這些連接器會繼續升溫。如果連接器預期在高環境溫度條件下使用，則可能需要燃燒警告，例如 DIN EN ISO 13732-1:2008-12 要求的警告。
• 應在不使用的連接器上放置保護蓋帽。
• 纜線組件中連接器上的拉伸負荷不能超過規範上限。

結論

隨著 BESS 系統的部署加速以確保可靠的電力和適應可再生能源，設計人員需要額外注意這些模組化電池系統的電池極柱連接器的要求。使用插入式電池極柱連接器，設計人員可以滿足核心安全和效能要求，同時還支援住宅、商業／工業和公共事業 BESS 裝設的可靠性、可擴展性、維護、環境和成本要求。

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