如何連接商用儲能系統中的模塊

為了促進風能和太陽能等再生能源的使用及電網整合，商用電池儲能系統 (BESS) 必不可少。BESS 十分複雜，其中包含了大型電池、電池管理系統、電池控制與通訊模塊以及逆變器／變壓器。最佳化每個建置模塊的設計，對 BESS 整體的效率和可靠性非常重要，但只有這樣還不夠。每個模塊必須互連，才能承受嚴苛的條件並確保最佳效能。為此，設計人員必須混搭多種連接器，才能設計出最具成本效益和最可靠的解決方案 (圖 1)。

圖 1：商用 BESS 的各建置模塊需使用特定的連接器解決方案，才能讓整個系統有效率地穩定運作。(圖片來源：Amphenol)

這篇部落格文章中，我將簡要介紹 BESS 的幾個運作優點及其建置模塊，並以 Amphenol 的連接器為例，詳細介紹連接器選擇。

BESS 的優點

安裝 BESS 未必只有利他。除了支援再生能源和整合電網外，BESS 還能帶來以下經濟效益，包括：

按需電費管理：許多設施需要根據尖峰用電量來支付按需電費。使用 BESS 降低尖峰能耗時，整體能源消耗最多可降低 70%¹。

負載轉移：軟體演算法可用於分析「能耗模式與使用時間電價的比較情況」，並判斷 BESS 在最高成本期裡的最佳放電時間。

備用電源：停電可能會帶來高昂的代價，而 BESS 可讓使用者無需額外使用不斷電系統 (UPS)，或使用更小、更便宜的 UPS。

BESS 模塊

電池的選擇需包含透過化學作用來支援定義的能源儲存與電力傳輸需求、乾電池封裝樣式，以及電池架等系統整合結構。

電池管理系統 (BMS) 不僅確保最佳的充放電速率，還可監測溫度並評估電池的立即就緒性 (充電狀態) 和預期的長期可靠性 (健康狀態)。

電池控制與通訊模塊可報告運作狀態並支援遠端控制。

逆變器／變壓器可將 DC 電池電力轉換成 AC 電力，並將 BESS 連接至電網。

在連接這些 BESS 模塊時，關鍵的效能因素包括：

• 高功率密度與訊號密度
• 易於現場安裝
• 在嚴苛環境中展現高可靠性

連接匯流排

對於高功率密度電池系統解決方案，設計人員可藉助 BarKlip BK200 纜線組件，為匯流排、纜線與電路板之間的每個觸點分配最高 200 A 電流 (圖 2)。而每個連接埠的最大電阻為 0.20 mΩ，因此效率很高。這款纜線組件可直接與系統架桿及 3.00 mm 厚的銅桿插拔連接，安裝起來非常方便。14 個懸臂樑提供相容的彈簧，可根據匯流排對齊及表面光潔度情況的變化進行調整，因而具有很高的可靠性。

圖 2：BarKlip BK200 纜線組件可為電池系統互連的每個觸點最多分配 200 A 電流。(圖片來源：Amphenol)

逆變器連接器

PwrBlade+ AC 與 DC 配電連接器系統，適用於需要較高線性電流密度及低功率損耗的應用，非常適合電池充電器和逆變器 (圖 3)。其每線性英吋電流可高達 192 A，並具有八個相鄰的高功率觸點，接觸電阻不大於 0.7 mΩ。這些連接器還設有低功率和訊號觸點，達到完整的解決方案。

圖 3：電池充電器和逆變器可以使用 PwrBlade+ AC 及 DC 配電連接器。(圖片來源：Amphenol)

與 BMS 互連

與 BMS 系統整合時，可使用 CoolPower Slim Drawer 系列。此系列每引腳的電流可高達 60 A，生命週期結束時的接觸電阻為 0.4 mΩ。可配置為各種功率與訊號觸點組合以及安裝和端接選項 (圖 4)。盲接、連續配接和熱插拔等特點，對 BMS 系統也很重要。以此應用為例，零件編號 DWRT424SV23690 有 28 個插槽，零件編號 DWRT820PR233B2 有 28 個引腳。

圖 4：CoolPower Slim Drawer 連接器適用於 BMS 的整合。(圖片來源：Amphenol)

ComboLock 系列適用於小型 BESS 中的 BMS 互連，此系列是一種混合式線對板連接器系統，可節省空間並簡化組裝和纜線管理。這些連接器有 5 到 19 個訊號引腳和 2 到 8 個電源引腳，並採用帶表面黏著端接的垂直與直角配置 (圖 5)。這些電源引腳可承載高達 10 A 的電流。例如，零件編號 10162688-207206CLF 提供 8 個電源引腳和 7 個訊號引腳，零件編號 10162688-205202CLF 提供 2 個電源引腳和 5 個訊號引腳。這些連接器具有主動閂鎖功能，可提供高可靠性。

圖 5：小型 BESS 可以使用 ComboLock 連接器連接 BMS。(圖片來源：Amphenol)

與外部連接

電源引腳間距 0.50 mm 的浮動式板對板連接器系統，專為電池控制與通訊模塊等應用而設計。此類應用適合採用支援高達 10 Gbits/s 高速通訊及 5 A 電源引腳的緊湊型解決方案 (圖 6)。零件編號 B3221B7L111260E100 插頭具有 60 個腳位 (下)，而零件編號 B3291B7L111260E100 (上) 具有 60 個插座。為了提高可靠性且方便組裝，這些連接器的工作溫度範圍介於 -55˚C 至 125°C，並具有防誤配接設計與方向引導功能，可輕鬆進行配接。

圖 6：B3221B7L111260E100 (上) 和 B3291B7L111260E100 (下) 等浮動式板對板連接器，可支援電池控制與通訊模塊的電源和高速通訊需求。(圖片來源：Amphenol)

結論

對於整合、輕鬆安裝和穩定運作商用 BESS 而言，連接器非常重要。構建 BESS 需要多種功能建置模塊，這就需要使用各種互連裝置才能在嚴苛的環境下以高效率和具成本效益的方式輸送訊號及電力。如本文所述，設計人員有多種連接器選項可支援所需的高功率與訊號密度。

推薦閱讀

BESS：主動式能源管理解決方案

參考資料

1：An Introduction to Demand Charges, National Renewable Energy Laboratory