Slik sikrer du sikker og effektiv modulær BESS-distribusjon ved å bruke pluggbare batteripolsko

Bruken av modulære energilagringssystemer med batterier (BESS – battery energy storage system) er i vekst i installasjoner relatert til bolig, industri og offentlig strømforsyning. BESS-er består av flere sammenkoblede batterimoduler og leverer reservestrøm hvis hovednettet skulle svikte. De regulerer også maksimal energibruk i industrielle omgivelser og støtter nettintegreringen av fornybare energikilder som vind og sol. Selv om den modulære arkitekturen forenkler installasjon, muliggjør skalerbarhet og støtter effektiv utskifting av slitte batterimoduler, må konstruktører være spesielt forsiktige når det kommer til valg av batteripolsko.

I tillegg til å oppfylle de nyeste sikkerhets- og ytelsesstandardene, samt å være robust og kostnadseffektiv, må konstruktører ta hensyn til kontaktfleksibilitet for orientering og evnen til å håndtere flere innsettings-/uttakssykluser, samtidig som minimal elektrisk kontaktmotstand opprettholdes for å forhindre overoppheting. For å sikre brukersikkerhet bør også funksjoner som beskyttelse mot omvendt polaritet og fullstendig berøringssikkerhet være en del av sjekklisten for krav.

Denne artikkelen tar for seg problemene som er forbundet med BESS-modulkonnektivitet. Den introduserer og viser deretter hvordan man bruker en linje med pluggbare batteripolsko fra Phoenix Contact som er utviklet for BESS-konstruksjoner.

Ytelseskrav for batteripolsko

Ytelsesforventningene for batteripolsko varierer i henhold til bruksområde, som boliganlegg, kommersielle anlegg og offentlig strømforsyning (tabell 1). Selv om sikkerhet er en prioritet for alle, nyter boliganlegg godt av en høy grad av fleksibilitet. Vedlikeholdshensyn er viktig i kommersielle BESS-konstruksjoner. BESS-installasjoner i skalaer som offentlig strømforsyning legger mindre vekt på fleksibilitet, men er totalt sett den mest krevende konstruksjonen da det er forventninger om rask installasjon (lav arbeidstid), høy sikkerhet, lave feilprosenter, lave kostnader og effektivt vedlikehold. Valg av riktig konnektivitetsløsning er avgjørende når det gjelder å imøtekomme de forskjellige ytelseskravene.

Tabell 1: Ulike bruksområder har varierte krav til BESS-kontaktens ytelse. Den riktige batteripolskoen kan oppfylle kravene til alle tre bruksområdekategorier. (Bildekilde: Phoenix Contact)

Kabelsko-ledningsmoduler er en vanlig måte å koble sammen batterimodulene i en BESS (figur 1). Kabelsko er relativt prisgunstige, men de har flere ulemper når de brukes i en BESS-installasjon:

• De lider av dårlig standardisering og mangler konstruksjonsfleksibilitet
• Manuell tilkobling og stramming av mutrene på hver kabelsko er en tidkrevende prosess, og kan være utsatt for ledningsfeil
• Hvis mutrene ikke er riktig strammet, kan forbindelsen ha høy motstand, noe som resulterer i overoppheting
• Kabelsko er ikke beskyttet mot omgivelsene. Når kabelsko brukes i utendørskabinetter, kan påliteligheten reduseres når de eksponeres for støv eller lavtrykksvannstråler samt kondens og vannsprut
• Kabelsko er ikke berøringssikre og de oppfyller ikke gjeldende sikkerhetsstandarder, noe som utgjør en potensiell støtfare for installatører og vedlikeholdspersonell

Figur 1: Kabling av en modulær BESS med kabelskomoduler er tidkrevende og utsatt for kablingsfeil, og kabelsko er ikke berøringssikre i seg selv. (Bildekilde: Phoenix Contact)

For å få bukt med ulempene tilknyttet kabelsko, kan konstruktører velge å bruke spesialkonstruerte pluggbare batteripolsko fra Phoenix Contact som oppfyller kravene til BESS-installasjoner for forbrukere, kommersielle/industrielle bruksområder og offentlig strømforsyning (figur 2).

Figur 2: Pluggbare batteripolsko for BESS får bukt med begrensningene i vanlige kabelsko og oppfyller ytelseskravene til installasjoner relatert til forbruker, industri og offentlig strømforsyning. (Bildekilde: Phoenix Contact)

Disse kontaktene gir god tilgjengelighet og fleksibiliteten som trengs for å koble til batteripolen fra enhver retning for å gi rask installasjon, med lav kontaktmotstand. De omfatter beskyttelse mot omvendt polaritet og er fullstendig berøringssikre, noe som gir sikkerhet for operatører. Et IP65-klassifisert hus gir beskyttelse mot støvinntrengning og lavtrykksvannstråler fra alle retninger, i tillegg til beskyttelse mot kondens og vannsprut.

Kontaktene er klassifisert overspenningskategori III i IEC (International Electrotechnical Commission) og er i stand til å motstå transientspenninger i faste installasjoner som utendørskabinetter med BESS-er. De har en IEC 60664-1-forurensningsklassifisering på 2, noe som gjør dem egnet for bruk i omgivelser der det bare forekommer ikke-ledende forurensning, men der det i noen få tilfeller kan oppstå midlertidig konduktivitet forårsaket av kondens.

De pluggbare batteripolskoene til Phoenix Contact er fargekodet og har mekaniske spor for å forhindre feilkobling. De kan kun plugges inn i den berøringsbeskyttede stikkontakten der de klikker på plass og låses i riktig posisjon (figur 3).

Figur 3: Disse pluggbare batteripolskoene har mekaniske spor og er fargekodet for å forhindre feilkobling. Et «klikk» høres når de kobles til den berøringsbeskyttede stikkontakten og låses i riktig posisjon. (Bildekilde: Phoenix Contact)

Kontaktene forenkler og gjør installeringen raskere, og de kan roteres opptil 360 grader etter behov. Bruken av disse batteripolskoene kan redusere den typiske installasjonstiden som trengs til en fjerdedel sammenlignet med vanlige kabelsko. Et typisk industrielt eller kommersielt batterikabinett kan ha 10 til 12 moduler, mens en BESS-installasjon for offentlig strømforsyning i en beholder har hundrevis eller tusenvis av batterimoduler. I slike installasjoner er installasjonstiden og kostnadsbesparelsen av å bruke spesialkonstruerte batteripolsko betydelig sammenlignet med kabelsko.

Disse pluggbare batteripolene har lav kontaktmotstand og støtter høye nivåer av pålitelig og sikker drift, inkludert positive låsemekanismer som forhindrer utilsiktet frakobling (figur 4). De er klassifisert for 1500 volt likestrøm (V_DC), 120 ampere (A) og over 100 innsettings-/uttakssykluser, med en innsettingskraft på ≤ 75 Newton (N) og en uttakskraft på ≥10 N.

Figur 4: Disse pluggbare batteripolskoene har en positiv låsemekanisme: Til venstre (A) vises låsemekanismen/frigjøringsspaken i låst tilstand; midten (C) viser sammenkoblingen frakoblet; denne frakoblingen oppnås ved å skyve låsemekanismen (høyre, B) fremover mot sammenkoblingens kontaktflate. (Bildekilde: Phoenix Contact)

Eksempler på batteripolsko

Batteripolsko-systemet fra Phoenix Contact består av par med kabelsko og panelmonterte konnektorer med sølvbelagte kontakter, med en total kontaktmotstand på ≤5 milliohm (mΩ). Kontaktene er klassifisert i henhold til UL 4128, den nyeste UL-standarden for batteriinstallasjoner. Før denne standarden, ble de fleste batterikontakter klassifisert i henhold til UL 1977-standarden, som er en mer generell standard med en maksimal spenning på 1000 V_DC. Phoenix Contact-batteripolskoene er klassifisert til 1500 V_DC, og de oppfyller UL 4128-standarden. I tillegg til å oppfylle den nyeste UL 4128-standarden (angitt nedenfor), oppfyller disse batteripolskoene kravene i viktige BESS-relaterte internasjonale standarder, deriblant:

• IEC 61984 – Kontakter – Sikkerhetskrav og tester
• IEC 62933 – Elektriske energilagringssystemer (EES – Electrical Energy Storage)
• IEC 63066 – Lavspente kontakter for dokking for avtakbare energilagringsenheter
• UL 9540 – Standard for energilagringssystemer og -utstyr
• UL 4128 – Oversikt over undersøkelser for intercelle- og intertier-kontakter for bruk i elektrokjemiske batterisysteminstallasjoner

Kabelkontakter som 1106307 kommer i svart for negative poler, mens 1106306-kontaktene kommer i oransje for positive poler (figur 5). En klemforbindelse-terminering på kabelkontaktene kan håndtere kabeldimensjoner på 16 kvadratmillimeter (mm²) og 25 mm², med en avisoleringslengde på 22 mm. En skyvelåsmekanisme hindrer utilsiktede frakoblinger.

Figur 5: Kabelkontakthalvdelen til batteripolsko-systemet tilbys i oransje for positive poler (avbildet ovenfor) og svart for negative poler. Den omfatter en skyvelåsmekanisme (på høyre side av kontakten ovenfor) for å forhindre utilsiktede frakoblinger. (Bildekilde: Phoenix Contact)

I tillegg til å oppfylle de tekniske kravene til installatører og systemintegratorer, gir de panelmonterte batteripolskoene BESS-systemkonstruktører fleksibiliteten til å velge en samleskinne eller et skruestolpefeste i systemet (figur 6). I likhet med kabelkontaktene tilbys panelmonterte kontakter i oransje for positive poler (med et valg av samleskinner, for eksempel 1130816, eller skruestolpefester, for eksempel 1106303) og svart for negative poler (med et valg av samleskinner, for eksempel 1130814, eller skruestolpefester, for eksempel 1106304).

Figur 6: Den panelmonterte batteripolsko-halvdelen er tilgjengelig med samleskinne- (venstre) eller skruestolpesystem (høyre). (Bildekilde: Phoenix Contact)

Et sammendrag av ytelsesfunksjoner og fordeler til batteripolsko-systemet omfatter følgende:

• 75 % raskere installasjonstid sammenlignet med kabelsko, noe som reduserer installasjonskostnader
• Fargekodet for identifikasjon av polaritet:
  • Oransje (+) positiv
  • Svart (–) negativ
• Svarte og oransje kontaktpar har unike kontaktflater for å forhindre feil sammenkobling
• Positiv låsemekanisme hindrer utilsiktede frakoblinger
• Kabelkontakter har klemforbindelse-termineringer for ledningsstørrelser på 16 mm² og 25 mm²
• Det sammenkoblede kontaktsystemet kan roteres 360 grader for å forenkle installasjon
• Klassifisert for 100 innsettings-/uttakssykluser med en innsettingskraft på ≤75 N og en uttakskraft på ≥10 N
• Fullstendig berøringssikker konstruksjon som gir sikkerhet for operatører
• IP65-klassifiserte hus gir beskyttelse mot omgivelsene
• Sølvpletterte kontakter som gir en kontaktmotstand på ≤5 mΩ og pålitelig tilkoblingskontaktflate
• IEC-klassifisert for 120 A og 1500 V_DC
• Driftstemperaturområde: –40 til +125 °C

Hensyn til konstruksjon og bruksområde

For å sikre sikker og pålitelig drift, er det flere faktorer som konstruktører og installatører må ta hensyn til når de bruker pluggbare batteripolsko-systemer:

• Ikke koble til eller fra kontaktene under belastning.
• Kontakten må være fullstendig tilkoblet og tett sammenstilt før den strømsettes.
• Under normal drift vil kontakten være varm. I omgivelser med høye temperaturer, kan disse kontaktene fortsette å bli varmere. Hvis kontakten skal brukes i omgivelser med høye temperaturer, kan det være nødvendig med forbrenningsvarsler; for eksempel kan de som kreves av DIN EN ISO 13732-1:2008-12 være nødvendig.
• En beskyttelseshette bør plasseres på kontakter som ikke er i bruk.
• Strekkbelastningen på kontaktene i en kabelmodul kan ikke overskride den øvre grensen til spesifikasjonen.

Konklusjon

Etter hvert som distribusjonen av BESS-systemer akselererer for å sikre pålitelig strøm og tilpasse seg fornybare energikilder, må konstruktører være ekstra oppmerksomme på kravene til batteripolsko for disse modulære batterisystemene. Ved hjelp av pluggbare batteripolsko kan konstruktører oppfylle viktige krav til sikkerhet og ytelse, samtidig som de støtter krav til pålitelighet, skalerbarhet, vedlikehold, miljø og kostnad for BESS-installasjoner relatert til boliger, kommersielle/industrielle bruksområder og offentlig strømforsyning.

Anbefalt lesing

1. BESS: En løsning for å håndtere energi på en proaktiv måte