很少有人想到但又必不可少：儲能系統的電氣連接技術

儲能系統在可再生能源的未來發展中起著至關重要的作用。只有當源的波動具有高效可靠的存儲系統時，才能保證穩定的能源供應。這在很大程度上取決于電連接技術和能量存儲系統通過能量和數據信息流的典型設計（圖 1）。

圖 1：儲能系統必須快速、可靠且經濟。插入式電池連接在其中起著重要作用。（來源：菲尼克斯電氣）

典型儲能系統設計

通常，原電池儲能系統采用模塊化設計（圖 2）。有一些限制，用戶可以將大型存儲系統中的這種模塊化應用到更小的家庭存儲系統。第一個要素是連接電池以增加電流或電壓（圖 3）。這是在這個非常基本的層面上找到電氣連接的地方。

圖 2：典型的儲能系統設計——從機架中的存儲模塊到帶有外部接口的整個系統。（來源：菲尼克斯電氣）

圖 3：帶有電池組、BMS PCB 以及內部和外部接口的存儲模塊概覽。（來源：菲尼克斯電氣）

電池模組

集成在一個外殼中的大量電池被稱為存儲模塊。電池管理系統或 BMS 監視和控制存儲模塊。BMS 監督電池單元的充電和放電過程，以便所有單元均勻充電和放電。這也稱為平衡。為了實現平衡，每個并聯的電池組都是單獨控制的。除了正極和負極這兩個連接之外，BMS 還與各個電池組有大量連接（見圖 3）。

邏輯系統處理有關電池模塊狀態的所有信息。每個 BMS 都需要一個數據接口。數據和電源連接從 BMS PCB 路由到模塊外殼。螺絲連接用于電源，而插件主要用于數據接口。

在機架中將電池模塊連接在一起

單個電池模塊的電壓通常在 24V 至 96V 的范圍內。但是，系統電壓通常要高得多。因此，多個電池模塊串聯連接，在大多數情況下，物理集成到相應的機架中（見圖 2）。各個模塊也連接在一起以進行數據通信，每個模塊至少有一條數據線。

每個機架還包括一個控制器——稱為機架 BMS。機架 BMS 旨在通過電源連接連接到指定的電池模塊。一個額外的電源接口將機架連接到更高級別的系統。機架 BMS 具有多個用于數據流量的數據接口和多個傳感器技術輸入。從機架 BMS 外殼上的外部接口，連接在內部路由回各種 PCB。

儲能系統

根據規模，將多個存儲架集成在一起，形成一個更高級別的系統。這也有自己的控制器，用于充電和放電的遠程通信。應包括空調設備以及火災傳感器和滅火設備。

多種不同的電氣連接對系統組件和存儲系統的外部連接起著至關重要的作用。一種誤解是只需要考慮功率流，但事實并非如此。使用存儲系統與太陽能或風力渦輪發電機的電網的數字連接，可以最有效地利用儲能系統。

潛在的連接技術錯誤及其后果

連接技術中潛在錯誤的數量是絕對可控的。出錯的概率取決于所用組件的質量、應用技術的設計以及用戶的資格。避免復雜電子系統出現故障的基本先決條件是設備設計。首先要了解連接技術的優勢、環境要求（如果暴露在潮濕環境中會腐蝕）和防護等級。此外，還要考慮未擰緊或維護螺栓/螺釘的連接器上的振動（圖 4）。

圖 4：使用螺釘連接時，由于接觸電阻增加，溫度升高的風險增加。（來源：菲尼克斯電氣）

成本優化

由于錯誤導致儲能系統故障甚至完全破壞是最壞的情況。次優的設計或系統狀態也可能導致在大多數情況下很容易避免的隱性成本。

這里以電池模塊的外部電源連接器為例。即使設計正確且符合指令的連接也可能導致每個模塊在整個使用壽命期間損失超過 1,000 kWh。對更高質量連接器的初始投資很快就能收回成本。

概括

連接技術的設計、質量和正確使用與這些系統的成本、可靠性和效率密切相關。最初看似成本低廉的妥協往往會導致高昂的運行成本和系統故障。在設計儲能系統各級的連接技術時，使用熟練的制造商非常重要。Phoenix Contact 可以提供構建完整儲能系統所需的所有連接器。

作者

Rüdiger Meyer 博士，Phoenix Contact GmbH & Co. KG
Rüdiger Meyer 博士是一名電氣工程師，在可再生能源（太陽能、儲能）領域擁有超過 25 年的經驗。Meyer 博士目前在德國布隆貝格的 Phoenix Contact GmbH & Co. KG 擔任應用專家儲能業務領域 DC。在菲尼克斯電氣任職期間，他曾擔任 BVES（德國儲能協會）、BSW（德國太陽能協會，“儲能”工作組）和 ZVEI（德國電氣電子制造商協會，“電池分會”）的代表”）。此外，Meyer 博士還在 DKE（德國標準化機構）UK 261.1 以及 IEC TC 120 MT8 中積極開展儲能系統標準化工作。

審核編輯黃昊宇