Безопасные соединения в модульных батарейных накопителях энергии

По прогнозам BloombergNEF, к 2040 году суммарная мощность устанавливаемых батарейных накопителей энергии увеличится в 122 раза (рис. 1), большинство из них будет размещено на транспортных средствах и использоваться в качестве стационарных хранилищ энергии. Это станет возможным благодаря снижению стоимости 1 кВт мощности, получаемой из литий-ионной батареи, к 2030 году в два раза, сообщает агентство. Большая часть накопителей будет предназначена для создания запаса энергии в ночные часы или в периоды максимальной солнечной активности для последующего применения или продажи [1].

Рис. 1. Рост суммарной мощности устанавливаемых накопителей

Проекты по использованию накопителей энергии реализуются и в нашей стране. Для поездов «Ласточка» разрабатывается вагон-накопитель для движения по участкам бесконтактной сети [2]. Пилотный проект применения накопителей энергии реализован в компании «Россети Центр» на базе «Белгородэнерго» [3].

Соединения в батарейных накопителях

Батарейный накопитель энергии (рис. 2) состоит из системы управления и соединенных между собой батарейных модулей, помещенных в стойку. Такие системы легко масштабируются — стойки с находящимися в них батареями объединяются в общей накопитель в зависимости от требуемой мощности и необходимого запаса энергии.

Рис. 2. Внешний вид батарейного накопителя

Рабочее напряжение современных накопителей достигает 1500 В при максимальном токе до 200 А. Для соединения батарей понадобятся кабели крупного сечения — до 50 мм². Все соединения в такой системе должны быть надежно зафиксированы.

Сборка батарейных накопителей предполагает установку большого числа батарей и выполнение множества соединений, что создает риски неверной коммутации, чрезмерного изгиба кабелей, неполной фиксации соединений и случайного касания контактов.

Для системного решения вопросов безопасности и надежности батарейных соединений был разработан стандарт UL 4128 «Порядок испытаний соединителей для межэлементных и межуровневых соединений для применения в электрохимических аккумуляторных системах», который расширил требования более общих стандартов в области использования батарей UL 1973, UL 1977 и UL 9540.

Соединение батарейных модулей с помощью HARTING Han^® S

HARTING Han^® S (табл. 1) — электрические соединители, разработанные специально для соединения батарей. Соединение между двумя батареями с помощью Han^® S состоит из следующих частей: батарейного (приборного) соединителя, кабельного соединителя, кабеля и еще двух соединителей с противоположной стороны.

В конструкции интерфейса Han^® S предусмотрены (рис. 3):

• цветовая кодировка: красный цвет соответствует плюсовой клемме, черный — минусу. Таким образом обеспечивается идентификация в процессе сборки системы и при ее обслуживании;
• механический ключ, который не позволяет соединить черный соединитель с красным;
• защита от касания — даже если палец попадет внутрь соединителя, коснуться контакта не получится;
• замок в виде рычага, который наглядно показывает с расстояния в несколько метров от соединения, зафиксировано оно или нет;
• возможность вращения после фиксации рычага — кабель можно повернуть в удобном направлении на 360°.

Рис. 3. Конструкция интерфейса Han^® S

Кабельная часть соединения Han^® S

Все кабельные соединители имеют угловую конфигурацию для минимального расстояния над передней панелью (рис. 4). Соединитель поставляется в виде двух комплектов деталей: корпуса и контакта.

Рис. 4. Устройство кабельных соединителей Han^® S

Корпус соединителя универсальный для всех сечений провода из поликарбоната красного или черного цвета и состоит из трех деталей: основания, крышки и гайки хвостовика. Контакт соединителя изготавливается из меди с защитным покрытием и комплектуется полиуретановой манжетой для удержания кабеля по оболочке.

При монтаже соединителя сначала на кабель надеваются гайка хвостовика и манжета, затем обжимается центральный контакт. Обжим выполняется с учетом требований DIN EN 46235. После обжима контакта он устанавливается в основание, которое закрывается крышкой. Далее затягивается гайка хвостовика, и монтаж завершен.

В ассортименте контакты трех типов для провода сечением 25, 35 и 50 мм². Контакты совместимы с проводами с многопроволочными проводниками в соответствии с МЭК 60228 класс 5. Справочная информация по корпусам и контактам представлена в таблице 2. Подробная документация доступна на сайте.

Приборная часть соединения Han^® S

Варианты приборных частей соединения различаются способом установки в панель и конструкцией контакта (табл. 3). Установка в панель возможная на гайку М20 или на четыре винта. Вариант под гайку имеет центральный контакт в виде шпильки М8, под винты — шпильку М8 или контакт с отверстием Ø 8,5 мм для крепления на шину.

Центральные контакты приборных частей могут вращаться в корпусе, что позволяет закрутить шпильку в шину или другой контакт специальным ключом с внешней стороны.

Применение Han^® S в батарейных модулях

Разработчики батарейных модулей могут использовать приборные части Han^® S для вывода контактов батареи на ее корпус. Для этого предпочтительны приборные части с контактом в виде шпильки М8, которую можно закрутить в отверстие М8 в контакте батареи.

Для производителей батарейных накопителей могут быть удобными все варианты приборных частей, но крепление на четыре винта в большей степени препятствует случайному проворачиванию. Винт М8 может закручиваться в другой контакт с помощью специального ключа или использоваться вариант с контактом в виде лепестка с отверстием Ø 8,5 мм для крепления на шину.

При сборке батарейных накопителей удобнее приобрести отрезки кабелей с уже установленными кабельными частями Han® S нужной длины. В таком случае не потребуется обжимной инструмент и не придется разделывать кабели. Все готовые кабели с соединителями Han® S проходят 100%-ную проверку заявленных характеристик.

Заключение

В статье представлены удобные и надежные компоненты для соединения батарей в накопителях энергии, отвечающие современным требованиям в этой области. Компания HARTING активно участвует в совершенствовании стандарта для батарейных соединений UL 4128 и будет рада вашему интересу к соединителям Han^® S.

Оформить запрос на получение бесплатного образца.