很少有人想到但又必不可少：儲能系統(tǒng)的電氣連接技術(shù)

儲能系統(tǒng)在可再生能源的未來發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。只有當(dāng)源的波動具有高效可靠的存儲系統(tǒng)時，才能保證穩(wěn)定的能源供應(yīng)。這在很大程度上取決于電連接技術(shù)和能量存儲系統(tǒng)通過能量和數(shù)據(jù)信息流的典型設(shè)計（圖 1）。

圖 1：儲能系統(tǒng)必須快速、可靠且經(jīng)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(tǒng)設(shè)計

通常，原電池儲能系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計（圖 2）。有一些限制，用戶可以將大型存儲系統(tǒng)中的這種模塊化應(yīng)用到更小的家庭存儲系統(tǒng)。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?；镜膶用嫔险业诫姎膺B接的地方。

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

圖 3：帶有電池組、BMS PCB 以及內(nèi)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(tǒng)或 BMS 監(jiān)視和控制存儲模塊。BMS 監(jiān)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(xiàn)平衡，每個并聯(lián)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(tǒng)處理有關(guān)電池模塊狀態(tài)的所有信息。每個 BMS 都需要一個數(shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(nèi)。但是，系統(tǒng)電壓通常要高得多。因此，多個電池模塊串聯(lián)連接，在大多數(shù)情況下，物理集成到相應(yīng)的機架中（見圖 2）。各個模塊也連接在一起以進行數(shù)據(jù)通信，每個模塊至少有一條數(shù)據(jù)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(tǒng)。機架 BMS 具有多個用于數(shù)據(jù)流量的數(shù)據(jù)接口和多個傳感器技術(shù)輸入。從機架 BMS 外殼上的外部接口，連接在內(nèi)部路由回各種 PCB。

儲能系統(tǒng)

根據(jù)規(guī)模，將多個存儲架集成在一起，形成一個更高級別的系統(tǒng)。這也有自己的控制器，用于充電和放電的遠程通信。應(yīng)包括空調(diào)設(shè)備以及火災(zāi)傳感器和滅火設(shè)備。

多種不同的電氣連接對系統(tǒng)組件和存儲系統(tǒng)的外部連接起著至關(guān)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(tǒng)與太陽能或風(fēng)力渦輪發(fā)電機的電網(wǎng)的數(shù)字連接，可以最有效地利用儲能系統(tǒng)。

潛在的連接技術(shù)錯誤及其后果

連接技術(shù)中潛在錯誤的數(shù)量是絕對可控的。出錯的概率取決于所用組件的質(zhì)量、應(yīng)用技術(shù)的設(shè)計以及用戶的資格。避免復(fù)雜電子系統(tǒng)出現(xiàn)故障的基本先決條件是設(shè)備設(shè)計。首先要了解連接技術(shù)的優(yōu)勢、環(huán)境要求（如果暴露在潮濕環(huán)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?shù)?a target="_blank">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(fēng)險增加。（來源：菲尼克斯電氣）

成本優(yōu)化

由于錯誤導(dǎo)致儲能系統(tǒng)故障甚至完全破壞是最壞的情況。次優(yōu)的設(shè)計或系統(tǒng)狀態(tài)也可能導(dǎo)致在大多數(shù)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(shè)計正確且符合指令的連接也可能導(dǎo)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(zhì)量連接器的初始投資很快就能收回成本。

概括

連接技術(shù)的設(shè)計、質(zhì)量和正確使用與這些系統(tǒng)的成本、可靠性和效率密切相關(guān)。最初看似成本低廉的妥協(xié)往往會導(dǎo)致高昂的運行成本和系統(tǒng)故障。在設(shè)計儲能系統(tǒng)各級的連接技術(shù)時，使用熟練的制造商非常重要。Phoenix Contact 可以提供構(gòu)建完整儲能系統(tǒng)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(lǐng)域擁有超過 25 年的經(jīng)驗。Meyer 博士目前在德國布隆貝格的 Phoenix Contact GmbH & Co. KG 擔(dān)任應(yīng)用專家儲能業(yè)務(wù)領(lǐng)域 DC。在菲尼克斯電氣任職期間，他曾擔(dān)任 BVES（德國儲能協(xié)會）、BSW（德國太陽能協(xié)會，“儲能”工作組）和 ZVEI（德國電氣電子制造商協(xié)會，“電池分會”）的代表”）。此外，Meyer 博士還在 DKE（德國標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)）UK 261.1 以及 IEC TC 120 MT8 中積極開展儲能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作。

審核編輯黃昊宇