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德国Phoenix Contact: 储能系统的电气连接技术

特普生科技 特普生科技 2024-02-15 12 69

编者按:本文来源于Startus,鸣谢自主研制NTC芯片特普生储能CCS集成温度采集母排的技术支持,感谢特普生海外技术翻译官林博女士!

很少有人想到但又必不可少:储能系统的电气连接技术。

(来源:菲尼克斯电气)

储能系统在可再生能源的未来发展中起着至关重要的作用。只有当源的波动具有高效可靠的存储系统时,才能保证稳定的能源供应。这在很大程度上取决于电气连接技术和能量存储系统通过能量和数据信息流的典型设计(图 1)。

图 1:储能系统必须快速、可靠且经济。插入式电池连接在其中起着重要作用。(来源:菲尼克斯电气)

典型储能系统设计

通常,原电池储能系统采用模块化设计(图 2)。有一些限制,用户可以将大型存储系统中的这种模块化应用到更小的家庭存储系统。第一个要素是连接电池以增加电流或电压(图 3)。这是在这个非常基本的层面上找到电气连接的地方。

图 2:典型的储能系统设计——从机架中的存储模块到带有外部接口的整个系统。(来源:菲尼克斯电气)

图 3:带有电池组、BMS PCB 以及内部和外部接口的存储模块概览。(来源:菲尼克斯电气)

电池模组

集成在一个外壳中的大量电池被称为存储模块。电池管理系统或 BMS 监视和控制存储模块。BMS 监督电池单元的充电和放电过程,以便所有单元均匀充电和放电。这也称为平衡。为了实现平衡,每个并联的电池组都是单独控制的。除了正极和负极这两个连接之外,BMS 还与各个电池组有大量连接(见图 3)。

逻辑系统处理有关电池模块状态的所有信息。每个 BMS 都需要一个数据接口。数据和电源连接从 BMS PCB 路由到模块外壳。螺丝连接用于电源,而插件主要用于数据接口。

在机架中将电池模块连接在一起

单个电池模块的电压通常在 24V 至 96V 的范围内。但是,系统电压通常要高得多。因此,多个电池模块串联连接,在大多数情况下,物理集成到相应的机架中(见图 2)。各个模块也连接在一起以进行数据通信,每个模块至少有一条数据线。

每个机架还包括一个控制器——称为机架 BMS。机架 BMS 旨在通过电源连接连接到指定的电池模块。一个额外的电源接口将机架连接到更高级别的系统。机架 BMS 具有多个用于数据流量的数据接口和多个传感器技术输入。从机架 BMS 外壳上的外部接口,连接在内部路由回各种 PCB。

储能系统

根据规模,将多个存储架集成在一起,形成一个更高级别的系统。这也有自己的控制器,用于充电和放电的远程通信。应包括空调设备以及火灾传感器和灭火设备。

多种不同的电气连接对系统组件和存储系统的外部连接起着至关重要的作用。一种误解是只需要考虑功率流,但事实并非如此。使用存储系统与太阳能或风力涡轮发电机的电网的数字连接,可以最有效地利用储能系统。

潜在的连接技术错误及其后果

连接技术中潜在错误的数量是绝对可控的。出错的概率取决于所用组件的质量、应用技术的设计以及用户的资格。避免复杂电子系统出现故障的基本先决条件是设备设计。首先要了解连接技术的优势、环境要求(如果暴露在潮湿环境中会腐蚀)和防护等级。此外,还要考虑未拧紧或维护螺栓/螺钉的连接器上的振动(图 4)。

图 4:使用螺钉连接时,由于接触电阻增加,温度升高的风险增加。(来源:菲尼克斯电气)

成本优化

由于错误导致储能系统故障甚至完全破坏是最坏的情况。次优设计或系统状态也可能导致在大多数情况下很容易避免的隐性成本。

这里以电池模块的外部电源连接器为例。即使设计正确且符合指令的连接也可能导致每个模块在整个使用寿命期间损失超过 1,000 kWh。对更高质量连接器的初始投资很快就能收回成本。

概括

连接技术的设计、质量和正确使用与这些系统的成本、可靠性和效率密切相关。最初看似成本低廉的妥协往往会导致高昂的运行成本和系统故障。在设计储能系统各级的连接技术时,使用熟练的制造商非常重要。Phoenix Contact 可以提供构建完整储能系统所需的所有连接器。

作者

Rüdiger Meyer 博士,Phoenix Contact GmbH & Co. KGRüdiger Meyer 博士是一名电气工程师,在可再生能源(太阳能、储能)领域拥有超过 25 年的经验。Meyer 博士目前在德国布隆贝格的 Phoenix Contact GmbH & Co. KG 担任应用专家储能业务领域 DC。在 Phoenix Contact 任职期间,他曾担任 BVES(德国储能协会)、BSW(德国太阳能协会,“储能”工作组)和 ZVEI(德国电气和电子制造商协会,“电池分会”)的代表”)。此外,Meyer 博士还在 DKE(德国标准化机构)UK 261.1 以及 IEC TC 120 MT8 中积极开展储能系统标准化工作。

Phoenix Contact 是电气工程和自动化领域的全球市场领导者和创新者。这家来自德国布隆贝格的家族企业成立于 1923 年,现在拥有一个国际分销网络,可以保证贴近客户。Phoenix Contact 提供围绕工业连接技术、自动化、接口系统和电涌保护的创新产品和解决方案。产品范围包括传感器、控制器、模块化接线端子、防溅机械连接器、用于最新控制柜的无线以太网产品,以及用于各种应用的定制解决方案。

特普生,成立于2011年,是国家高新技术、专精特新企业。主要研制NTC芯片热敏电阻温度传感器储能线束储能CCS集成采集母排储能模组铝巴等温度采集产品系列。一体化研制、一致性品质的特普生,竞争力优势明显:自主研制NTC芯片核心技术及实现医用0.3%精度;专利百项,保留不公开技术2项;为全球新能源产品、大消费品与工业品提供了定制化的温度采集技术。

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