플러그형 배터리 극 커넥터를 사용하여 안전하고 효율적인 모듈식 BESS 배포를 보장하는 방법

가정, 산업 및 유틸리티 규모 설치에서 모듈식 배터리 에너지 스토리지 시스템(BESS)의 사용이 증가하고 있습니다. 여러 상호 연결 배터리 모듈로 구성된 BESS는 주 그리드가 실패한 경우 백업 전력을 제공하고, 산업 설정에서 피크 에너지 사용을 규제하며, 풍력과 태양광과 같은 재생 가능 에너지원의 그리드 통합을 지원합니다. 모듈식 아키텍처는 설치를 단순화하고 확장성을 실현하며 마모된 배터리 모듈의 효율적인 교체를 지원하지만 설계자는 배터리 극 커넥터를 선택할 때 특히 주의해야 합니다.

최신 안전 및 성능 표준을 충족함과 동시에 견고하고 비용 효율적이기 때문에 설계자는 방향을 위한 커넥터 유연성과 여러 삽입/탈거 주기를 견딜 수 있는 능력을 고려하면서 과열을 방지하기 위해 최소한의 전기 접촉 저항을 유지해야 합니다. 또한 사용자 안전을 보장하기 위해 요구 사항 체크리스트에 극성 반전 보호 및 완전한 터치 프루프와 같은 기능이 있어야 합니다

이 기사에서는 BESS 모듈 연결과 관련된 문제에 대해 설명합니다. 그런 다음 BESS 응용 제품용으로 설계된 Phoenix Contact의 플러그형 배터리 극 커넥터 라인을 적용하는 방법을 소개하고 보여줍니다.

배터리 극 커넥터에 대한 성능 요구 사항

배터리 극 커넥터에 대한 성능 기대는 주거용, 상업용 및 유틸리티용 응용 분야에 따라 다릅니다(표 1). 안전은 모든 응용 분야에 있어 우선 순위이지만 주거용 설치는 높은 수준의 유연성으로 도움을 받습니다. 유지 보수 고려 사항은 상업용 BESS 설계에서 중요합니다. 유틸리티 규모의 BESS 설치는 유연성에는 비중을 덜 두지만 빠른 설치(적은 노동 시간), 높은 안전성, 낮은 고장률, 낮은 비용 및 효율적인 유지 관리를 기대하는 전반적으로 가장 까다로운 응용 분야입니다. 다양한 성능 요구 사항을 충족하려면 반드시 올바른 연결 솔루션을 선택해야 합니다.

표 1: 응용 분야마다 BESS 커넥터 성능에 대한 요구 사항이 다릅니다. 올바른 배터리 극 커넥터는 세 가지 응용 분야 범주의 요구 사항을 모두 충족할 수 있습니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

케이블 러그 배선 조립품은 BESS에서 배터리 모듈을 연결하는 일반적인 방법입니다(그림 1). 러그 커넥터는 상대적으로 저렴하지만 BESS 설치에 사용할 경우 다음과 같은 몇 가지 단점이 있습니다.

• 표준화 부족 및 응용 유연성 부족
• 각 러그 커넥터의 너트를 수동으로 연결하고 조이는 과정은 시간이 많이 걸리고 배선 오류가 발생하기 쉬움
• 너트를 제대로 조이지 않을 경우 연결에 높은 저항이 생겨 과열될 수 있음
• 환경으로부터 보호되지 않음. 즉, 실외 인클로저에 사용될 경우 먼지나 저압 물 분사, 응결 및 물 분무에 노출되면 러그 커넥터의 신뢰성이 감소할 수 있음
• 터치에 안전하지 않으며 전류 안전 표준을 준수하지 않으므로 설치자와 유지 보수 담당자에게 잠재적인 감전 위험이 있음

그림 1: 케이블 러그 조립품을 사용한 모듈식 BESS 배선은 시간이 많이 걸리고 배선 오류가 발생하기 쉬우며, 러그 커넥터는 본질적으로 터치에 안전하지 않습니다. (이미지: Phoenix Contact)

러그 커넥터 사용의 단점을 극복하기 위해 설계자는 소비자용, 상업/산업용 및 유틸리티용 BESS 설치의 요구 사항을 충족하는, Phoenix Contact에서 특별히 설계된 플러그형 배터리 극 커넥터를 사용할 수 있습니다(그림 2).

그림 2: BESS용 플러그형 배터리 극 커넥터는 러그 커넥터의 한계를 극복하고 소비자용, 산업용 및 유틸리티용 설치의 성능 요구 사항을 충족합니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

이 커넥터는 낮은 접촉 저항으로 빠른 설치를 위해 모든 방향에서 배터리 극에 연결할 수 있는 유연성과 우수한 접근성을 제공합니다. 극성 반전 보호 기능이 포함되어 있으며 작업자의 안전을 위해 완전한 터치 프루프 기능을 갖추고 있습니다. IP65 등급 하우징은 먼지 유입 및 모든 방향의 저압 물 분사로부터 보호할 뿐만 아니라 응결 및 물 분무로부터 보호합니다.

이 커넥터는 IEC(국제 전기 표준 회의) 과전압 카테고리 III 등급을 제공하며 BESS를 수용하는 실외용 캐비닛과 같은 고정 설치에서 과도 전압을 견딜 수 있습니다. 이 제품은 IEC 60664-1 오염 등급이 2로서, 경우에 따라 응결로 인해 일시적인 전도 상태가 발생할 수 있다는 점을 제외하고 비전도성 오염만 발생하는 환경에서 사용하기에 적합합니다.

Phoenix Contact의 플러그형 배터리 극 커넥터는 교차 배선을 방지하기 위해 컬러 코딩되어 있고 기계적으로 키가 지정되어 있으며 딸깍 소리를 내며 제자리에 고정되는 터치 보호 소켓에 간단히 꽂을 수 있습니다(그림 3).

그림 3: 이 플러그형 배터리 극 커넥터는 교차 배선을 방지하기 위해 기계적으로 키가 지정되고 컬러 코딩되어 있습니다. 터치 보호 소켓에 연결되고 제 자리에 고정되면 '딸깍' 소리가 들립니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

필요에 따라 커넥터를 최대 360˚ 회전할 수 있어 설치가 더욱 간편하고 속도가 빨라집니다. 이러한 배터리 극 커넥터를 사용하면 러그 커넥터를 사용할 때와 비교하여 필요한 일반적인 설치 시간의 3/4을 절약할 수 있습니다. 일반적인 산업용 또는 상업용 배터리 랙의 경우 10개~12개의 모듈을 가질 수 있는 반면, 컨테이너에 설치된 유틸리티 규모의 BESS에는 수백 또는 수천 개의 배터리 모듈이 포함되어 있습니다. 이러한 응용 분야에서 러그 커넥터에 비해 특별히 설계된 배터리 극 커넥터를 사용하면 설치 시간과 비용이 크게 절감됩니다.

이 플러그형 배터리 극 커넥터는 접촉 저항이 낮으며, 우발적인 분리를 방지하기 위한 포지티브 잠금 메커니즘을 포함하여 고도로 신뢰할 수 있고 안전한 작동을 지원합니다(그림 4). 이 커넥터는 1500볼트 DC(V_DC), 120암페어(A)에서 100회 이상의 삽입/탈거에 대해 정격화되었으며 이때 삽입력은 75뉴턴(N) 이하이고 탈거력은 10뉴턴(N) 이상입니다.

그림 4: 이 플러그형 배터리 극 커넥터는 포지티브 잠금 메커니즘을 사용합니다. 왼쪽(A) 잠금 메커니즘/해제 레버는 잠금 상태로 표시됩니다. 중간(C)은 연결이 끊긴 쌍을 보여줍니다. 이렇게 분리하려면 잠금 메커니즘(오른쪽, B)을 결합 인터페이스 쪽으로 밀면 됩니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

배터리 극 커넥터 예시

Phoenix Contact의 배터리 극 커넥터 시스템은 총 접촉 저항이 5mΩ 이하인 은도금 접점이 있는 한 쌍의 케이블 커넥터와 패널 실장 커넥터로 구성됩니다. 커넥터는 배터리 응용 제품에 대한 최신 UL 표준인 UL 4128에 따라 등급이 지정됩니다. 이 표준 이전의 배터리 커넥터는 대부분 최대 정격 전압이 1,000V_DC인 보다 일반화된 표준인 UL 1977 표준을 사용하여 평가되었습니다. Phoenix Contact 배터리 극 커넥터는 UL 4128 표준을 충족하는 1500V_DC 정격입니다. 최신 UL 4128 표준(아래 나열됨)을 충족하는 것 외에도 이러한 배터리 극 커넥터는 다음을 포함한 중요한 BESS 관련 국제 표준의 요구 사항을 충족합니다.

• IEC 61984 - 커넥터 - 안전 요구 사항 및 테스트
• IEC 62933 - 전기 에너지 스토리지(EES) 시스템
• IEC 63066 - 착탈식 에너지 스토리지 장치를 위한 저전력 도킹 커넥터
• UL 9540 - 에너지 스토리지 시스템 및 장비를 위한 표준
• UL 4128 - 전기화학 배터리 시스템 응용 제품에 사용하기 위한 전지 간 및 티어 간 커넥터에 대한 조사 개요

1106307과 같은 케이블 커넥터는 음극이 검은색으로 제공되고 1106306 커넥터는 양극이 주황색으로 제공됩니다(그림 5). 케이블 커넥터의 크림프 종단은 16제곱밀리미터(mm²) 및 25mm² 케이블 크기를 처리할 수 있으며 스트리핑 길이는 22mm입니다. 슬라이딩 잠금 메커니즘은 우발적인 분리를 방지합니다.

그림 5: 배터리 극 커넥터 시스템의 케이블 커넥터 절반은 양극의 경우 주황색(위 그림 참조), 음극의 경우 검은색으로 제공됩니다. 우발적인 분리를 방지하기 위해 슬라이딩 잠금 메커니즘(위 커넥터의 오른쪽에 있음)이 포함되어 있습니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

설치자와 시스템 통합자의 기술 요구 사항을 충족하는 것 외에도 패널 실장 배터리 극 커넥터는 BESS 시스템 설계자에게 시스템 내의 버스바 또는 나사 포스트 부착물을 선택할 수 있는 유연성을 제공합니다(그림 6). 케이블 커넥터와 마찬가지로 패널 실장 커넥터의 경우 양극은 주황색으로 제공되고(1130816과 같은 버스바 또는 1106303와 같은 나사 포스트 부착물 선택 가능) 음극은 검은색으로 제공됩니다(버스바(예: 1130814) 또는 나사 포스트 부착물(예: 1106304) 선택 가능).

그림 6: 패널 실장 배터리 극 커넥터의 반은 버스바(왼쪽) 또는 나사 포스트(오른쪽) 시스템 연결 옵션으로 제공됩니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

다음은 배터리 극 커넥터 시스템의 성능 특징 및 이점을 요약한 것입니다.

• 러그 커넥터에 비해 설치에 걸리는 시간이 75% 빨라 설치 비용이 감소됨
• 극성 식별을 위한 컬러 코드:
  • 주황색(+) 양극
  • 검은색(-) 음극
• 검은색 및 주황색 커넥터 쌍은 교차 결합을 방지하기 위한 고유한 인터페이스를 가지고 있음
• 포지티브 잠금 메커니즘은 우발적인 분리를 방지함
• 케이블 커넥터는 16 mm² 및 25 mm² 전선 크기를 위한 크림프 종단을 갖추고 있음
• 결합된 커넥터 시스템은 설치 간소화를 위해 360° 회전할 수 있음
• 100회 삽입/탈거에 대해 정격화되어 있으며 삽입력 ≤ 75N 및 탈거력 ≥ 10N 제공
• 작업자 안전을 위한 완전한 터치 프루프 설계
• 환경 보호를 제공하는 IP65 등급 하우징
• 5mΩ 이하의 접점 저항 및 신뢰할 수 있는 연결 인터페이스를 위한 은도금 접점
• 120A 및 1500V_DC에 정격화된 IEC
• 작동 온도 범위: -40°C ~ +125°C

설계 및 응용 고려 사항

안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장하기 위해 설계자와 설치자가 플러그형 배터리 극 커넥터 시스템을 사용할 때 고려해야 할 몇 가지 요소가 있습니다.

• 부하가 인가된 상황에서 커넥터에 연결하거나 연결 해제하지 마십시오.
• 동력이 공급되기 전에 커넥터를 완전히 연결하고 연동시켜야 합니다.
• 정상 작동 시 커넥터에 열이 발생할 수 있습니다. 주변 온도가 높은 경우 이러한 열이 계속적으로 심해질 수 있습니다. 커넥터가 주변 온도가 높은 조건에서 사용될 것으로 예상되는 경우 DIN EN ISO 13732-1:2008-12에서 요구하는 것과 같은 화상 경고가 필요할 수 있습니다.
• 사용되지 않는 커넥터에는 보호 캡을 씌워야 합니다.
• 케이블 조립품의 커넥터에 가해지는 인장 하중은 사양의 상한을 초과할 수 없습니다.

결론

신뢰할 수 있는 전력을 보장하고 재생 가능 에너지원에 적응하기 위해 BESS 시스템의 배포가 가속화됨에 따라 설계자는 이러한 모듈식 배터리 시스템의 배터리 극 커넥터에 대한 요구 사항에 각별한 주의를 기울여야 합니다. 설계자는 플러그형 배터리 극 커넥터를 사용하여 핵심 안전 및 성능 요구 사항을 충족하면서 주거용, 상업/산업용 및 유틸리티용 BESS 설치의 신뢰성, 확장성, 유지 관리, 환경 및 비용 요구 사항도 지원할 수 있습니다.

추천 자료

1. BESS: 미리 대비하는 에너지 관리 솔루션