如何连接商用储能系统中的模块

作者：Jeff Shepard

为了促进风能和太阳能等可再生能源的使用和并网，我们需要商用电池储能系统 (BESS)。BESS 相当复杂，包括大型电池、电池管理系统、电池控制和通信以及逆变器/变压器。每个构件模块的优化设计对于 BESS 的整体效率和可靠性都很重要，但这还不够。每个模块必须相互连接，以承受恶劣的条件并确保性能最佳。为此，设计人员必须混用并匹配各类连接器，以获得最具成本效益和最可靠的解决方案（图 1）。

图 1：构成商用 BESS 的模块需要采用特定连接器解决方案，以实现整个系统的高效可靠运行。（图片来源：Amphenol）

在本篇博客中，我将简要回顾 BESS 的一些运行优势和用于构建 BESS 的模块，并以 Amphenol 的连接器为例详细介绍连接器的选择。

BESS 的优势

安装 BESS 不是只有利他的一面。除了支持可再生能源的使用和并网之外，BESS 还能带来经济利益，包括：

需量电费管理：许多设施需要根据高峰用电量支付需量电费。使用 BESS 可降低高峰能耗，能源总支出可减少多达 70%1。

负载转移：可以使用软件算法来分析能耗模式，并与分时电价进行比较，从而确定在用电成本最高的时段释出 BESS 电力的最佳时间。

备用电源：停电的代价可能很高昂，而有了 BESS 的话，就无需使用单独的不间断电源系统 (UPS)，或者可以使用更小型、更便宜的 UPS。

BESS 模块

选择电池时需要考虑其化学特性，以支持所界定的储能和电力输送需求、电池的封装方式以及电池机架等系统集成结构。

电池管理系统 (BMS) 确保以最佳速度充电和放电，监控温度，并估算电池的即时就绪状态（充电状态）和预期的长期可靠性（健康状态）。

电池控制和通信功能可报告运行状态并支持远程控制。

逆变器/变压器将直流 (DC) 电池电力转换为交流 (AC) 电力，并将 BESS 连接到电网。

在连接这些 BESS 模块时，关键性能因素包括：

· 高功率和信号密度
· 易于现场安装
· 在恶劣和苛刻环境下的高可靠性

连接母线

对于高功率密度电池系统解决方案，设计人员可以使用 BarKlip BK200 电缆组件，它能在母线、电缆和电路板之间的每个触头分配高达 200 A 的电流（图 2）。每个端口的最大电阻为 0.20 mΩ，因此其效率非常高。该电缆组件可与系统机架条和 3.00 mm 厚铜条进行直接插拔式连接，便于安装。14 根悬臂梁构成一条柔性弹簧，可根据母线对齐和表面处理的变化进行调整，从而实现高可靠性。

图 2：BarKlip BK200 电缆组件可为电池系统互连的每个触头分配高达 200 A 的电流。（图片来源：Amphenol）

逆变器连接器

PwrBlade+ 交流和直流配电连接器系统适用于需要更高线性电流密度和低功率损耗的应用，非常适合电池充电器和逆变器（图 3）。它支持每线性英寸高达 192 A 的电流，具有 8 个相邻大功率触头，接触电阻 ≤0.7 mΩ。这种连接器还包括低功率和信号触头，以便构成完整解决方案。

图 3：电池充电器和逆变器可以使用 PwrBlade+ 交流和直流配电连接器。（图片来源：Amphenol）

BMS 互连

在集成 BMS 系统时，可以使用 CoolPower Slim Drawer（超薄抽屉）系列。每个引脚支持高达 60 A 的电流，寿命终止时的接触电阻为 0.4 mΩ。它可以通过电源和信号触点的各种组合以及安装和端接选项进行配置（图 4）。盲配、顺序配接和热插拔等特性对于 BMS 系统也很重要。举例来说，编号为 DWRT424SV23690 的零件有 28 个插座，编号为 DWRT820PR233B2 的零件有 28 个引脚。

图 4：CoolPower Slim Drawer 连接器适用于 BMS 集成。（图片来源：Amphenol）

ComboLock 系列是一种混合线对板连接器系统，可节省空间并简化装配和电缆管理，很适合用于小型 BESS 中的 BMS 互连。这种连接器有 5 至 19 个信号引脚和 2 至 8 个电源引脚，采用垂直和直角配置，表面贴装端接（图 5）。电源引脚能够承载高达 10 A 的电流。例如，编号为 10162688-207206CLF 的零件提供 8 个电源引脚和 7 个信号引脚，而编号为 10162688-205202CLF 的零件提供 2 个电源引脚和 5 个信号引脚。这些连接器具有主动闭锁功能，可靠性高。

图 5：小型 BESS 中的 BMS 可以使用 ComboLock 连接器。（图片来源：Amphenol）

与外界连接

电源引脚间距 0.50 mm 的浮动板对板连接器系统专为电池控制与通信模块等应用而设计。这种紧凑型解决方案支持高达 10 Gb/s 的高速通信和 5 A 电源引脚（图 6），非常适合电池控制与通信模块等应用。编号为 B3221B7L111260E100 的插头零件有 60 个位置（底部），而编号为 B3291B7L111260E100 的零件（顶部）有 60 个插口。为了增强可靠性和简化装配，这些连接器的工作温度范围为 -55°C 至 125°C，采用防错配设计，具有易于配接的导向功能。

图 6：B3221B7L111260E100（底部）和 B3291B7L111260E100（顶部）等浮动板对板连接器支持电池控制与通信模块的电源和高速通信需求。（图片来源：Amphenol）

总结

连接器在商用 BESS 的集成、简化安装和可靠运行方面发挥着关键作用。构建 BESS 所需的功能构件模块多种多样，设计人员需要选择一系列互连器件来支持信号和功率在恶劣和苛刻的环境中高效经济地传输。如本文所述，设计人员可以选用不同连接器来可靠地支持所需的高功率和信号密度。