วิธีการตรวจสอบให้แน่ใจว่าการปรับใช้ BESS แบบแยกส่วนอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพโดยใช้ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่แบบเสียบได้

การใช้ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่แบบแยกส่วน (BESS) กำลังเติบโตขึ้นในการติดตั้งระดับที่อยู่อาศัย อุตสาหกรรม และสาธารณูปโภค ประกอบด้วยโมดูลแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อถึงกันหลายโมดูล BESS ให้พลังงานสำรองหากกริดหลักล้มเหลว ควบคุมการใช้พลังงานสูงสุดในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม และสนับสนุนการรวมกริดของแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น ลมและพลังงานแสงอาทิตย์ แม้ว่าสถาปัตยกรรมโมดูลาร์จะลดความซับซ้อนในการติดตั้ง ทำให้สามารถปรับขยายได้ และสนับสนุนการเปลี่ยนโมดูลแบตเตอรี่ที่ชำรุดอย่างมีประสิทธิภาพ นักออกแบบจำเป็นต้องระมัดระวังเป็นพิเศษในการเลือกขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่

นอกเหนือจากการปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยและประสิทธิภาพล่าสุด เช่นเดียวกับความทนทานและคุ้มค่าแล้ว นักออกแบบจำเป็นต้องคำนึงถึงความยืดหยุ่นของตัวเชื่อมต่อสำหรับการวางแนวและความสามารถในการทนต่อรอบการเสียบ/ถอนหลายรอบ ในขณะที่ยังคงความต้านทานการสัมผัสทางไฟฟ้าให้น้อยที่สุดเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป นอกจากนี้ เพื่อความปลอดภัยของผู้ใช้ คุณลักษณะต่าง ๆ เช่น การป้องกันการกลับขั้วและการป้องกันการสัมผัสทั้งหมดควรอยู่ในรายการตรวจสอบข้อกำหนด

บทความนี้กล่าวถึงปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อโมดูล BESS จากนั้นจะแนะนำและแสดงวิธีการใช้ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่แบบเสียบได้จาก Phoenix Contact ที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งาน BESS

ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่

ความคาดหวังด้านประสิทธิภาพสำหรับขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่แตกต่างกันไปตามการใช้งานในที่พักอาศัย เชิงพาณิชย์ และยูทิลิตี้ (ตารางที่ 1) แม้ว่าความปลอดภัยคือสิ่งสำคัญสำหรับทุกคน แต่การติดตั้งในที่พักอาศัยยังได้รับประโยชน์จากความยืดหยุ่นในระดับสูง ข้อควรพิจารณาในการบำรุงรักษามีความสำคัญในการออกแบบ BESS เชิงพาณิชย์ การติดตั้ง BESS ในระดับยูทิลิตี้ไม่ได้เน้นที่ความยืดหยุ่นน้อยกว่า แต่เป็นแอปพลิเคชันที่มีความต้องการมากที่สุดโดยรวม โดยคาดหวังให้การติดตั้งรวดเร็ว (เวลาแรงงานต่ำ) ความปลอดภัยสูง อัตราความล้มเหลวต่ำ ต้นทุนต่ำ และการบำรุงรักษาที่มีประสิทธิภาพ การเลือกโซลูชันการเชื่อมต่อที่เหมาะสมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน

ตารางที่ 1: การใช้งานต่าง ๆ มีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับประสิทธิภาพของตัวเชื่อมต่อ BESS ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่ที่เหมาะสมสามารถตอบสนองความต้องการของการใช้งานทั้งสามประเภท (แหล่งรูปภาพ: Phoenix Contact)

ชุดสายไฟของตัวดึงสายเคเบิลเป็นวิธีทั่วไปในการเชื่อมต่อโมดูลแบตเตอรี่ใน BESS (รูปที่ 1) ตัวเชื่อมต่อ Lug มีราคาไม่แพง แต่มีข้อเสียหลายประการเมื่อใช้ในการติดตั้ง BESS:

• พวกเขาประสบกับมาตรฐานที่ไม่ดีและขาดความยืดหยุ่นในการใช้งาน
• การเชื่อมต่อและขันน็อตบนขั้วต่อการดึงแต่ละอันด้วยตนเองเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานาน และอาจมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อผิดพลาดในการเดินสายได้
• หากขันน็อตไม่แน่น การต่ออาจมีความต้านทานสูง ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเกินไป
• ขั้วต่อ Lug ไม่ได้รับการปกป้องจากสิ่งแวดล้อม เมื่อใช้งานในตู้ภายนอกอาคาร ความน่าเชื่อถือของตัวเชื่อมต่อแบบดึงสามารถลดลงได้จากการสัมผัสกับฝุ่นหรือละอองน้ำแรงดันต่ำ รวมถึงการควบแน่นและการพ่นละอองน้ำ
• ขั้วต่อ Lug ไม่ปลอดภัยต่อการสัมผัสและไม่เป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยในปัจจุบัน ซึ่งอาจทำให้เกิดอันตรายจากการกระแทกต่อผู้ติดตั้งและเจ้าหน้าที่บำรุงรักษา

รูปที่ 1: การเดินสายไฟ BESS แบบแยกส่วนพร้อมชุดประกอบตัวดึงสายเคเบิลใช้เวลานานและมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อผิดพลาดในการเดินสาย และขั้วต่อสายดึงไม่ปลอดภัยต่อการสัมผัสโดยเนื้อแท้ (ภาพ: Phoenix Contact)

เพื่อเอาชนะข้อเสียของการใช้ตัวเชื่อมต่อแบบดึง นักออกแบบสามารถหันไปใช้ปลั๊กที่ออกแบบมาเป็นพิเศษได้ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่ จาก Phoenix Contact ที่ตรงตามข้อกำหนดของการติดตั้ง BESS สำหรับผู้บริโภค เชิงพาณิชย์/อุตสาหกรรม และยูทิลิตี้ (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่แบบเสียบได้สำหรับ BESS เอาชนะข้อจำกัดของขั้วต่อแบบดึง และตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพของการติดตั้งสำหรับผู้บริโภค อุตสาหกรรม และสาธารณูปโภค (แหล่งรูปภาพ: Phoenix Contact)

ขั้วต่อเหล่านี้ให้การเข้าถึงที่ดีและมีความยืดหยุ่นในการเชื่อมต่อกับขั้วแบตเตอรี่จากทุกทิศทางเพื่อการติดตั้งที่รวดเร็ว โดยมีความต้านทานการสัมผัสต่ำ รวมถึงการป้องกันการกลับขั้วและการป้องกันการสัมผัสอย่างสมบูรณ์เพื่อความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน ตัวเรือนที่ได้รับการจัดอันดับ IP65 ให้การปกป้องจากฝุ่นละอองและการฉีดน้ำแรงดันต่ำจากทุกทิศทาง พร้อมป้องกันการควบแน่นและละอองน้ำ

ตัวเชื่อมต่อมีพิกัดแรงดันไฟฟ้าเกินประเภท III ของคณะกรรมการไฟฟ้าระหว่างประเทศ (IEC) และสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะในการติดตั้งแบบตายตัว เช่น ตู้กลางแจ้งที่มี BESS มีระดับมลพิษ IEC 60664-1 เท่ากับ 2 ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมที่เกิดมลพิษที่ไม่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเท่านั้น ยกเว้นบางครั้งอาจเกิดสภาวะการนำไฟฟ้าชั่วคราวที่เกิดจากการควบแน่น

ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่แบบเสียบได้ Phoenix Contact มีรหัสสีและคีย์แบบกลไกเพื่อป้องกันการเดินสายแบบไขว้ และสามารถเสียบเข้ากับเต้ารับแบบป้องกันการสัมผัสโดยที่คลิกเข้าที่และล็อคเข้าที่ (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่แบบเสียบได้เหล่านี้มีคีย์แบบกลไกและมีรหัสสีเพื่อป้องกันการเดินสายแบบไขว้ ได้ยินเสียง “คลิก” เมื่อเสียบเข้ากับเต้ารับแบบสัมผัสและล็อคเข้าที่ (แหล่งรูปภาพ: Phoenix Contact)

ติดตั้งง่ายและรวดเร็วยิ่งขึ้น ตัวเชื่อมต่อสามารถหมุนได้ถึง 360˚ ตามต้องการ การใช้ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่เหล่านี้สามารถประหยัดเวลาในการติดตั้งทั่วไปได้ถึงสามในสี่เมื่อเทียบกับการใช้ขั้วต่อแบบดึง ชั้นวางแบตเตอรี่สำหรับอุตสาหกรรมหรือพาณิชยกรรมทั่วไปสามารถมีได้ 10 ถึง 12 โมดูล ในขณะที่การติดตั้ง BESS ระดับยูทิลิตี้ในคอนเทนเนอร์จะมีโมดูลแบตเตอรี่หลายร้อยหรือหลายพันโมดูล ในการใช้งานดังกล่าว ประหยัดเวลาในการติดตั้งและประหยัดค่าใช้จ่ายจากการใช้ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเมื่อเปรียบเทียบกับขั้วต่อแบบดึง

ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่แบบเสียบได้เหล่านี้มีความต้านทานการสัมผัสต่ำและสนับสนุนการทำงานที่เชื่อถือได้และปลอดภัยในระดับสูง รวมถึงกลไกการล็อคในเชิงบวกเพื่อป้องกันการตัดการเชื่อมต่อโดยไม่ได้ตั้งใจ (รูปที่ 4) ได้รับการจัดอันดับที่ 1500 โวลต์ DC (V_{กระแสตรง}) 120 แอมแปร์ (A) และสำหรับรอบการใส่/ถอนมากกว่า 100 รอบด้วยแรงแทรก ≤ 75 นิวตัน (N) และแรงถอนที่ ≥10 นิวตัน

รูปที่ 4: ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่แบบเสียบได้เหล่านี้มีกลไกการล็อคในเชิงบวก: ทางด้านซ้าย (A) กลไกการล็อค/คันปลดจะแสดงในสถานะล็อค ตรงกลาง (C) แสดงว่าทั้งคู่ถูกตัดการเชื่อมต่อ การตัดการเชื่อมต่อนี้ทำได้โดยการเลื่อนกลไกการล็อค (ขวา, B) ไปข้างหน้าไปทางอินเทอร์เฟซการ mating (แหล่งรูปภาพ: Phoenix Contact)

ตัวอย่างขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่

ระบบขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่จาก Phoenix Contact ประกอบด้วยขั้วต่อสายเคเบิลคู่หนึ่งและขั้วต่อแบบยึดกับแผงที่มีหน้าสัมผัสชุบเงิน โดยมีความต้านทานหน้าสัมผัสรวม ≤5 มิลลิโอห์ม (mΩ) ตัวเชื่อมต่อได้รับการจัดอันดับตาม UL 4128 ซึ่งเป็นมาตรฐาน UL ล่าสุดสำหรับการใช้งานแบตเตอรี่ ก่อนหน้ามาตรฐานนี้ ขั้วต่อแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ได้รับการจัดอันดับโดยใช้มาตรฐาน UL 1977 ซึ่งเป็นมาตรฐานทั่วไปที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุด 1,000 V_{กระแสตรง} ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่ Phoenix Contact ได้รับการจัดอันดับที่ 1500 V_{กระแสตรง} ได้มาตรฐาน UL 4128 นอกเหนือจากการปฏิบัติตามมาตรฐาน UL 4128 ล่าสุด (ตามรายการด้านล่าง) ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่เหล่านี้ยังตรงตามข้อกำหนดของมาตรฐานสากลที่เกี่ยวข้องกับ BESS ที่สำคัญ ซึ่งรวมถึง:

• IEC 61984 – ตัวเชื่อมต่อ - ข้อกำหนดและการทดสอบด้านความปลอดภัย
• IEC 62933 – ระบบจัดเก็บพลังงานไฟฟ้า (EES)
• IEC 63066 – ขั้วต่อเชื่อมต่อแรงดันต่ำสำหรับหน่วยเก็บพลังงานแบบถอดได้
• UL 9540 – มาตรฐานสำหรับระบบและอุปกรณ์จัดเก็บพลังงาน
• UL 4128 – โครงร่างการตรวจสอบสำหรับตัวเชื่อมต่อระหว่างเซลล์และอินเตอร์เทียร์สำหรับใช้ในการใช้งานระบบแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมี

ขั้วต่อสายเคเบิลเช่น 1106307 มาในสีดำสำหรับขั้วลบในขณะที่1106306 ขั้วต่อมีสีส้มสำหรับขั้วบวก (รูปที่ 5) การเสียบปลายสายไฟที่ขั้วต่อสายเคเบิลสามารถรองรับสายเคเบิลขนาด 16 ตารางมิลลิเมตร (มม.²) และ 25 มม.² โดยมีความยาวในการปอก 22 มม. กลไกการล็อคแบบเลื่อนช่วยป้องกันการตัดการเชื่อมต่อโดยไม่ได้ตั้งใจ

รูปที่ 5: ขั้วต่อสายเคเบิลครึ่งหนึ่งของระบบขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่มีสีส้มสำหรับขั้วบวก (ภาพด้านบน) และสีดำสำหรับขั้วลบ ประกอบด้วยกลไกการล็อคแบบเลื่อน (ทางด้านขวาของขั้วต่อด้านบน) เพื่อป้องกันการตัดการเชื่อมต่อโดยไม่ได้ตั้งใจ (แหล่งรูปภาพ: Phoenix Contact)

นอกเหนือจากการปฏิบัติตามข้อกำหนดทางเทคนิคของผู้ติดตั้งและผู้ประกอบระบบแล้ว ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่แบบยึดกับแผงยังช่วยให้นักออกแบบระบบ BESS มีความยืดหยุ่นในการเลือกชุดติดตั้งบัสบาร์หรือเสาสกรูภายในระบบ (ภาพที่ 6) เช่นเดียวกับขั้วต่อสายเคเบิล ขั้วต่อแบบยึดกับแผงจะมีสีส้มสำหรับขั้วบวก (พร้อมบัสบาร์ให้เลือก เช่น 1130816 หรือสิ่งที่แนบมากับเสาสกรูเช่น1106303) และสีดำสำหรับขั้วลบ (มีตัวเลือกบัสบาร์ให้เลือก เช่น1130814 หรือสิ่งที่แนบมากับเสาสกรู เช่น1106304)

รูปที่ 6: ขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่แบบยึดแผงครึ่งหนึ่งมีให้เลือกใช้กับตัวเลือกการเชื่อมต่อระบบบัสบาร์ (ซ้าย) หรือเสาสกรู (ขวา) (แหล่งรูปภาพ: Phoenix Contact)

สรุปคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพและประโยชน์ของระบบขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่ประกอบด้วย:

• เวลาติดตั้งเร็วขึ้น 75% เมื่อเทียบกับตัวเชื่อมต่อแบบดึง ลดต้นทุนการติดตั้ง
• รหัสสีสำหรับการระบุขั้ว:
  • ส้ม (+) บวก
  • สีดำ (-) เชิงลบ
• คู่ตัวเชื่อมต่อสีดำและสีส้มมีส่วนต่อประสานที่ไม่ซ้ำใครเพื่อป้องกันการผสมข้ามพันธุ์
• กลไกการล็อคในเชิงบวกช่วยป้องกันการตัดการเชื่อมต่อโดยไม่ได้ตั้งใจ
• ขั้วต่อสายเคเบิลมีขั้วต่อแบบจีบสำหรับขนาดลวด 16 มม.² และ 25 มม.²
• ระบบตัวเชื่อมต่อที่จับคู่สามารถหมุนได้ 360° เพื่อให้การติดตั้งง่ายขึ้น
• จัดอันดับสำหรับ 100 รอบการแทรก/ถอนด้วยแรงแทรก ≤75 N และแรงถอนที่ ≥10 N
• การออกแบบป้องกันการสัมผัสอย่างเต็มที่เพื่อความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน
• ตัวเรือนที่ได้รับการจัดอันดับ IP65 ให้การปกป้องสิ่งแวดล้อม
• หน้าสัมผัสชุบเงินสำหรับความต้านทานหน้าสัมผัส ≤5 mΩ และอินเทอร์เฟซการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้
• IEC ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 120 A และ 1500 V_{กระแสตรง}
• ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน -40°C ถึง +125°C

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบและการใช้งาน

เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ มีหลายปัจจัยที่นักออกแบบและผู้ติดตั้งจำเป็นต้องนำมาพิจารณาเมื่อใช้ระบบขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่แบบเสียบได้:

• ห้ามเชื่อมต่อหรือถอดขั้วต่อขณะโหลด
• ต้องเสียบขั้วต่อจนสุดและเชื่อมต่อกันก่อนที่จะมีการจ่ายไฟ
• ภายใต้การทำงานปกติ ขั้วต่อจะอุ่น ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ตัวเชื่อมต่อเหล่านี้จะยังคงร้อนขึ้นต่อไป หากคาดว่าจะใช้ขั้วต่อในสภาวะที่มีอุณหภูมิแวดล้อมสูง อาจจำเป็นต้องมีคำเตือนการเบิร์นเช่นข้อกำหนด DIN EN ISO 13732-1:2008-12
• ควรวางฝาครอบป้องกันบนขั้วต่อที่ไม่ได้ใช้งาน
• โหลดแรงดึงบนขั้วต่อในชุดสายเคเบิลต้องไม่เกินขีดจำกัดบนของข้อกำหนด

บทสรุป

เนื่องจากการปรับใช้ระบบ BESS เร่งขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีพลังงานที่เชื่อถือได้และปรับให้เข้ากับแหล่งพลังงานหมุนเวียน นักออกแบบจำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับข้อกำหนดสำหรับขั้วต่อขั้วแบตเตอรี่สำหรับระบบแบตเตอรี่แบบแยกส่วนเหล่านี้ ด้วยการใช้ตัวเชื่อมต่อขั้วแบตเตอรี่แบบเสียบได้ นักออกแบบสามารถตอบสนองความต้องการด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพหลักได้ ในขณะที่ยังสนับสนุนความน่าเชื่อถือ ความสามารถในการขยาย การบำรุงรักษา สิ่งแวดล้อม และข้อกำหนดด้านต้นทุนของการติดตั้ง BESS สำหรับที่อยู่อาศัย เชิงพาณิชย์/อุตสาหกรรม และสาธารณูปโภค

บทความแนะนำ

1. BESS: ทางออกในการจัดการพลังงานเชิงรุก