Cum puteți obține implementări SSEB modulare sigure și eficiente folosind conectori fișabili pentru poli de baterie

Sistemele modulare de stocare a energiei în baterii (SSEB-uri) sunt din ce în ce mai utilizate în instalațiile rezidențiale, industriale și la scară utilitară. Fiind compuse din mai multe module de baterii interconectate, SSEB-urile furnizează energie de rezervă în cazul în care rețeaua principală nu funcționează, reglează consumul de energie de vârf în mediul industrial și sprijină integrarea în rețea a surselor de energie regenerabilă, cum ar fi energia eoliană și solară. În timp ce arhitectura lor modulară simplifică instalarea, permite scalabilitatea și sprijină înlocuirea eficientă a modulelor de baterii uzate, proiectanții trebuie să fie deosebit de atenți la alegerea conectorilor pentru polii bateriilor.

Pe lângă respectarea celor mai recente standarde de siguranță și de performanță, precum și robustețea și rentabilitatea, proiectanții trebuie să țină cont de flexibilitatea conectorului pentru orientare și de capacitatea acestuia de a rezista la mai multe cicluri de inserție/scoatere, menținând în același timp o rezistență minimă a contactului electric pentru a preveni supraîncălzirea. De asemenea, pentru a garanta siguranța utilizatorului, pe lista cerințelor ar trebui incluse caracteristici precum protecția împotriva inversării polarității și protecția totală la atingere.

Acest articol prezintă problemele asociate cu conectivitatea modulelor SSEB. În continuare, se prezintă și se arată cum se aplică o gamă de conectori fișabili pentru poli de baterii de la Phoenix Contact, concepută pentru aplicații SSEB.

Cerințe de performanță pentru conectorii de poli ai bateriilor

Cerințele privind performanța pentru conectorii de poli ai bateriilor variază între aplicațiile rezidențiale, comerciale și utilitare (Tabelul 1). În timp ce siguranța este o prioritate pentru toți, instalațiile rezidențiale beneficiază de un nivel ridicat de flexibilitate. Considerentele legate de întreținere sunt importante în proiectele comerciale de SSEB. Instalațiile SSEB la scară utilitară pun mai puțin accentul pe flexibilitate, dar reprezintă cea mai exigentă aplicație în general, cu așteptări de instalare rapidă (timp de muncă redus), siguranță ridicată, rate de defectare scăzute, costuri reduse și întreținere eficientă. Selectarea soluției de conectivitate potrivite este esențială pentru îndeplinirea diferitelor cerințe de performanță.

Tabelul 1: diferite aplicații au cerințe diferite în ceea ce privește performanța conectorului SSEB. Conectorul de poli pentru baterii potrivit poate îndeplini cerințele tuturor celor trei categorii de aplicații. (Sursa imaginii: Phoenix Contact)

Ansamblurile de cablare cu urechi de cablu reprezintă o metodă obișnuită de conectare a modulelor de baterii într-un SSEB (Figura 1). Conectorii cu urechi sunt relativ ieftini, dar au mai multe dezavantaje atunci când sunt utilizați într-o instalație SSEB:

• Standardizare slabă și lipsa de flexibilitate a aplicațiilor
• Conectarea și strângerea manuală a piulițelor de pe fiecare conector cu urechi este un proces care necesită mult timp și poate fi predispus la erori de cablare
• Dacă piulițele nu sunt strânse corespunzător, conexiunea poate avea o rezistență ridicată, ceea ce poate duce la supraîncălzire
• Conectorii cu urechi nu sunt protejați de mediul înconjurător; atunci când sunt utilizați în carcase exterioare, fiabilitatea conectorilor cu urechi poate fi redusă de expunerea la praf sau la jeturi de apă de joasă presiune, precum și la condens și stropi de apă
• Conectorii cu urechi nu sunt siguri la atingere și nu respectă standardele de siguranță actuale, prezentând un potențial pericol de șoc pentru instalatori și personalul de întreținere

Figura 1: cablarea unui SSEB modular cu ajutorul ansamblurilor de urechi pentru cablu necesită mult timp și este predispusă la erori de cablare, iar conectorii cu urechi nu sunt în mod inerent siguri la atingere. (Imagine: Phoenix Contact)

Pentru a depăși dezavantajele utilizării conectorilor cu urechi, proiectanții pot apela la conectorii fișabili pentru poli de baterii special concepuți de Phoenix Contact, care îndeplinesc cerințele instalațiilor SSEB de consum, comerciale/industriale și utilitare (Figura 2).

Figura 2: conectorii fișabili pentru poli de baterie pentru SSEB depășesc limitările conectorilor cu ureche și îndeplinesc cerințele de performanță ale instalațiilor de consum, industriale și utilitare. (Sursa imaginii: Phoenix Contact)

Acești conectori oferă o bună accesibilitate și flexibilitatea de conectare la polul bateriei din orice direcție pentru o instalare rapidă, cu o rezistență de contact scăzută. Sunt protejați la inversarea polarității și complet rezistenți la atingere pentru siguranța operatorului. O carcasă cu grad de protecție IP65 asigură protecție împotriva pătrunderii prafului și împotriva jeturilor de apă de joasă presiune din orice direcție, precum și protecție împotriva condensului și a stropilor de apă.

Conectorii au o clasificare de supratensiune de categoria III a Comisiei Electrotehnice Internaționale (IEC) și sunt capabili să reziste la tensiuni tranzitorii în instalații fixe, cum ar fi dulapurile exterioare care găzduiesc SSEB-uri. Aceștia au gradul 2 privind poluarea, conform IEC 60664-1, ceea ce îi face potriviți pentru utilizare în medii în care se produce numai poluare neconductivă, cu excepția faptului că ocazional poate apărea o stare temporară de conductivitate cauzată de condens.

Conectorii fișabili pentru poli de baterii Phoenix Contact sunt codificați pe culori și sunt modulați mecanic pentru a preveni cablarea încrucișată și pot fi conectați cu ușurință în priza cu protecție tactilă, unde se fixează cu un sunet și se blochează în poziție (Figura 3).

Figura 3: acești conectori fișabili pentru poli de baterii sunt modulați mecanic și au coduri de culoare pentru a preveni cablarea încrucișată. Atunci când se conectează la priza cu protecție tactilă și se blochează în poziție se aude un sunet. (Sursa imaginii: Phoenix Contact)

Simplificând și accelerând și mai mult instalarea, conectorii pot fi rotiți până la 360˚, în funcție de necesități. Folosirea acestor conectori pentru polii bateriilor poate economisi trei sferturi din timpul de instalare care este în mod obișnuit necesar, în comparație cu utilizarea conectorilor cu ureche. Un raft de baterii industrial sau comercial tipic poate avea între 10 și 12 module, în timp ce o instalație SSEB la scară utilitară într-un container are sute sau mii de module de baterii. În astfel de aplicații, timpul de instalare și economiile de costuri rezultate din utilizarea unor conectori de poli de baterii special concepuți în comparație cu conectorii cu ureche este substanțială.

Acești conectori fișabili pentru poli de baterii prezintă rezistență de contact scăzută și susțin niveluri ridicate de funcționare fiabilă și sigură, inclusiv mecanisme de blocare pozitivă pentru a preveni deconectările accidentale (Figura 4). Au o tensiune nominală de 1500 volți c.c. (V _c.c.), 120 de amperi (A) și peste 100 de cicluri de inserție/scoatere cu o forță de inserție ≤75 newtoni (N) și o forță de scoatere de ≥10 N.

Figura 4: acești conectori fișabili pentru poli de baterii au un mecanism de blocare pozitivă: În stânga (A), mecanismul de blocare/levierul de deblocare este prezentat în starea de blocare; în mijloc (C), perechea este deconectată; această deconectare se realizează prin glisarea mecanismului de blocare (dreapta, B) înainte spre interfața de cuplare. (Sursa imaginii: Phoenix Contact)

Exemple de conectori pentru polii bateriilor

Sistemul de conectori pentru polii bateriilor de la Phoenix Contact constă în perechi de conectori de cablu și conectori pentru montare pe panou cu contacte placate cu argint, având o rezistență totală de contact de ≤5 miliohmi (mΩ). Conectorii sunt clasificați în conformitate cu UL 4128, cel mai recent standard UL pentru aplicații cu baterii. Înainte de acest standard, majoritatea conectorilor de baterii erau clasificați folosind standardul UL 1977, care este un standard mai generalizat cu o tensiune nominală maximă de 1000 V _c.c. Conectorii pentru poli de baterii Phoenix Contact sunt clasificați la 1500 V _c.c., respectând standardul UL 4128. Pe lângă faptul că îndeplinesc cel mai recent standard UL 4128 (enumerat mai jos), acești conectori pentru poli de baterii îndeplinesc cerințele unor standarde internaționale importante legate de SSEB, inclusiv:

• IEC 61984 - Conectori - Cerințe de securitate și încercări
• IEC 62933 - Sisteme de stocare a energiei electrice (EES)
• IEC 63066 - Conectori de andocare de joasă tensiune pentru unități detașabile de stocare a energiei
• UL 9540 - Standard pentru sisteme și echipamente de stocare a energiei
• UL 4128 - Schița de investigație pentru conectori între celule și între niveluri pentru utilizare în aplicații cu sisteme de baterii electrochimice

Conectorii de cablu, cum ar fi 1106307, au culoarea neagră pentru polii negativi, iar conectorul 1106306 este de culoare portocalie pentru polii pozitivi (Figura 5). O terminație sertizată pe conectorii de cablu poate gestiona cabluri de 16 milimetri pătrați (mm²) și 25 mm², cu o lungime de dezizolare de 22 mm. Un mecanism de blocare glisant previne deconectările accidentale.

Figura 5: jumătatea de conector de cablu a sistemului de conectare a polilor bateriei este disponibilă cu portocaliu pentru polii pozitivi (în imaginea de sus) și cu negru pentru polii negativi. Aceasta include un mecanism de blocare glisant (în partea dreaptă a conectorului de mai sus) pentru a preveni deconectările accidentale. (Sursa imaginii: Phoenix Contact)

Pe lângă faptul că îndeplinesc cerințele tehnice ale instalatorilor și integratorilor de sisteme, conectorii pentru polii bateriilor montați pe panou oferă proiectanților de sisteme SSEB flexibilitatea de a alege o fixare pe bară colectoare sau pe știft cu șurub în cadrul sistemului (Figura 6). La fel ca și conectorii de cablu, conectorii pentru montare pe panou sunt portocalii pentru polii pozitivi (cu posibilitatea de a alege între o bară colectoare, cum ar fi 1130816, sau accesorii pentru știft cu șurub, cum ar fi 1106303) și negru pentru polii negativi (cu posibilitatea de a alege între o bară colectoare, de exemplu 1130814, sau accesorii pentru știft cu șurub, cum ar fi 1106304).

Figura 6: jumătatea conectorului pentru polii bateriei montat pe panou este disponibilă cu opțiuni de conectare a sistemului cu bară colectoare (stânga) sau pe știft cu șurub (dreapta). (Sursa imaginii: Phoenix Contact)

Un rezumat al caracteristicilor de performanță și al beneficiilor sistemului de conectare a polilor de baterii include:

• Timp de instalare cu 75% mai rapid în comparație cu conectorii cu ureche, reducând costul de instalare
• Coduri de culoare pentru identificarea polarității:
  • Portocaliu (+) pozitiv
  • Negru (-) negativ
• Perechile de conectori negri și portocalii au interfețe unice pentru a preveni cuplarea încrucișată
• Mecanismul de blocare pozitivă previne deconectările accidentale
• Conectorii de cablu au terminații sertizate pentru dimensiuni de cablu de 16 mm² și 25 mm²
• Sistemul de conectare cuplat poate fi rotit la 360° pentru a simplifica instalarea
• Evaluat pentru 100 de cicluri de inserție/scoatere cu o forță de inserție ≤75 N și o forță de scoatere ≥10 N
• Design complet rezistent la atingere pentru siguranța operatorului
• Carcasele cu grad de protecție IP65 asigură protecția mediului
• Contacte placate cu argint pentru o rezistență de contact ≤5 mΩ și o interfață de conectare fiabilă
• Clasificare IEC pentru 120 A și 1500 V _c.c.
• Interval de temperatură de funcționare de la -40 °C la +125 °C

Considerente privind proiectarea și aplicațiile

Pentru a garanta o funcționare sigură și fiabilă, există mai mulți factori pe care proiectanții și instalatorii trebuie să îi ia în considerare atunci când folosesc sisteme de conectori fișabili pentru poli de baterii:

• Nu conectați sau deconectați conectorii aflați sub sarcină.
• Conectorul trebuie să fie complet conectat și blocat înainte de a fi alimentat.
• În condiții normale de funcționare, conectorul va fi cald. În condiții de temperatură ambiantă ridicată, acești conectori pot continua să se încălzească mai mult. În cazul în care se preconizează că conectorul va fi utilizat în condiții de temperatură ambiantă ridicată, ar putea fi necesare avertismente privind pericolul de arsură, cum ar fi cele prevăzute de DIN EN ISO 13732-1:2008-12.
• Conectorii care nu sunt utilizați trebuie prevăzuți cu un capac de protecție.
• Efortul de rupere al conectorilor dintr-un ansamblu de cabluri nu poate depăși limita superioară a specificației.

Concluzie

Pe măsură ce implementarea sistemelor SSEB accelerează pentru a asigura o energie fiabilă și pentru a se adapta la sursele de energie regenerabilă, proiectanții trebuie să acorde atenție sporită cerințelor privind conectorii polilor de baterii pentru aceste sisteme modulare de baterii. Utilizând conectori fișabili pentru poli de baterii, proiectanții pot îndeplini cerințele principale de siguranță și performanță, susținând în același timp cerințele de fiabilitate, scalabilitate, întreținere, mediu și costuri ale instalațiilor SSEB rezidențiale, comerciale/industriale și utilitare.

Lectură recomandată

1. SSEB: o soluție pentru gestionarea proactivă a energiei