상용 에너지 저장 시스템에서 블록을 연결하는 방법

풍력 및 태양 에너지와 같은 재생 에너지 자원의 사용과 그리드 통합을 지원하려면 상용 BESS(배터리 에너지 저장 시스템)가 필요합니다. BESS는 복잡한 시스템으로 대형 배터리, 배터리 관리 시스템, 배터리 제어 및 통신, 인버터/변압기를 포함합니다. BESS의 전체적인 효율성과 신뢰성을 위해서는 모든 구성 블록의 최적 설계가 필수적이지만, 그것만으로는 충분하지 않습니다. 모든 블록이 상호 연결되어야 열악한 환경을 견디고 최고의 성능을 발휘할 수 있습니다. 이를 위해 설계자는 다양한 커넥터 유형을 조합하여 비용 효율성과 신뢰성이 가장 뛰어난 솔루션을 만들어야 합니다(그림 1).

그림 1: 상용 BESS에는 신뢰성 및 효율성이 뛰어난 전체 시스템 운영을 위한 특정 커넥터 솔루션이 필요합니다. (이미지 출처: Amphenol)

이번 블로그에서는 BESS의 운영상 이점, BESS를 구축하는 데 사용되는 구성 블록, Amphenol의 커넥터를 예로 들어 구체적인 커넥터 옵션에 대해 간략히 알아보겠습니다.

BESS의 이점

BESS 설치가 반드시 환경에만 도움이 되는 일은 아닙니다. BESS는 재생 에너지의 사용 및 그리드 통합을 지원할 뿐만 아니라 다음과 같은 경제적인 효과를 가져다줍니다.

수요 전력 요금 관리: 많은 시설에서는 최고 전기 사용량을 기준으로 수요 전력 요금을 지불해야 합니다. BESS를 사용하여 최고 에너지 소비량을 줄이면 전체적인 에너지 비용을 최대 70%까지 절감할 수 있습니다¹.

부하 이동: 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 사용 시간에 따른 전력 요금에 따른 에너지 소비 패턴을 분석하고, 비용이 가장 높은 시간 동안 언제 BESS에 저장된 전력을 공급하는 것이 가장 효과적일지 판단할 수 있습니다.

백업 전력: 정전에는 큰 비용이 따르며, BESS를 사용하면 별도의 UPS(무정전 전원 공급 시스템)가 필요하지 않거나 크기가 더 작고 비용이 더 적게 드는 UPS를 사용할 수 있습니다.

BESS 블록

배터리에는 지정된 에너지 저장 및 전력 공급 요구 사항을 충족하는 화학 작용, 셀에 적합한 패키지, 배터리 랙과 같은 시스템 통합 구조가 필요합니다.

BMS(배터리 관리 시스템)는 최적의 충전 및 방전 속도를 유지하고, 온도를 모니터링하며, 즉각적인 준비 상태(충전 상태)를 추정하고, 배터리의 장기적인 신뢰성(노화 상태)을 예측합니다.

배터리 제어 및 통신은 운영 상태를 보고하고 원격 제어를 지원합니다.

인버터/변압기는 직류(DC) 배터리 전력을 교류(AC) 전력으로 변환하고 BESS를 그리드에 연결합니다.

이와 같은 BESS 구성 블록 연결에 영향을 미치는 주요 성능 요인은 다음과 같습니다.

• 높은 전력 및 신호 밀도
• 현장 설치의 용이성
• 험한 환경 및 열악한 환경에서의 높은 신뢰성

버스바 연결

출력 밀도가 높은 배터리 시스템 솔루션을 위해, 설계자는 BarKlip BK200 케이블 조립품을 사용하여 버스바, 케이블, 회로 기판 간 접점 1개당 최대 200A의 전류를 분배할 수 있습니다(그림 2). 포트 1개당 최대 저항이 0.20mΩ로, 매우 효율적이며, 시스템 랙 바와 3.00 mm 두께의 구리 바를 통해 플러그로 직접 연결할 수 있어 설치가 용이합니다. 14개의 캔틸레버 빔이 다양한 형태의 버스바 배열과 표면 마감에 적합하도록 조절되는 규정 준수 스프링을 제공하므로 신뢰성이 높습니다.

그림 2: The BarKlip BK200 케이블 조립품은 배터리 시스템 상호 연결을 위한 접점 1개당 최대 200A를 분배할 수 있습니다. (이미지 출처: Amphenol)

인버터용 커넥터

선형 전류 밀도가 높고 전력 손실이 낮아야 하는 응용 분야를 위한 PwrBlade+ AC 및 DC 전력 분배 커넥터 시스템은 배터리 충전기 및 인버터에 적합합니다(그림 3). 선형 인치당 최대 192A를 지원하며 인접 고전력 접점이 8개, 접점 저항은 0.7mΩ 이하입니다. 완전한 솔루션을 위해 이 커넥터에는 저전력 및 신호 접점 또한 포함되어 있습니다.

그림 3: 배터리 충전기 및 인버터에는 PwrBlade+ AC 및 DC 전력 분배 커넥터를 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: Amphenol)

BMS 상호 연결

BMS 시스템 통합 시 CoolPower Slim Drawer Series를 사용할 수 있습니다. 핀 1개당 최대 60A를 지원하며 생산 종료 접점 저항은 0.4mΩ입니다. 다양한 전력 및 신호 접점뿐 아니라 실장 및 종단 옵션의 조합으로 구성할 수 있습니다(그림 4). 블라인드 결합, 순차적 결합, 핫플러그도 BMS 시스템에 중요합니다. 예를 들어 부품 번호 DWRT424SV23690에는 28개의 소켓이 있으며 부품 번호 DWRT820PR233B2에는 28개의 핀이 있습니다.

그림 4: CoolPower Slim Drawer 커넥터는 BMS 통합에 적합합니다. (이미지 출처: Amphenol)

소규모 BESS의 BMS 상호 연결에는 공간이 절약되고 조립과 케이블 관리가 간편한 하이브리드 전선 기판 간 커넥터 시스템인 ComboLock 계열을 활용할 수 있습니다. 이 커넥터에는 5~19개의 신호 핀과 2~8개의 전력 핀이 있으며 표면 실장 종단 형태의 수직 및 직각 구성이 제공됩니다(그림 5). 전력 핀은 최대 10A를 처리할 수 있습니다. 예를 들어 부품 번호 10162688-207206CLF는 8개의 전력 핀과 7개의 신호 핀을 제공하며, 부품 번호 10162688-205202CLF는 2개의 전력 핀과 5개의 신호 핀을 제공합니다. 이 커넥터에는 높은 신뢰성을 위한 활성 래칭 기능이 있습니다.

그림 5: 소규모 BESS에는 BMS에 ComboLock 커넥터를 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: Amphenol)

외부와의 연결

전력 핀 0.50mm 피치 플로팅 기판 간 커넥터 시스템은 배터리 제어 및 통신 블록과 같은 응용 분야를 위해 설계되며, 최대 10Gbi/s의 고속 통신과 5A 전력 핀을 지원하는 콤팩트 솔루션을 제공합니다(그림 6). 플러그 부품 번호 B3221B7L111260E100에는 60개의 접점(하부)이 있으며, 부품 번호 B3291B7L111260E100(상부)에는 60개의 리셉터클이 있습니다. 신뢰성을 높이고 조립하기 쉽도록 작동 온도 범위는 -55˚C~125°C이며, 누구나 쉽게 결합할 수 있는 설계, 간편한 결합을 위한 안내 가이드 기능이 있습니다.

그림 6: B3221B7L111260E100(아래), B3291B7L111260E100(위)과 같은 플로팅 기판 간 커넥터는 배터리 제어 및 통신 블록에 필요한 전력 및 고속 통신을 지원합니다. (이미지 출처: Amphenol)

결론

커넥터는 상용 BESS의 통합, 간편한 설치, 신뢰할 수 있는 작동에 핵심적인 역할을 합니다. BESS 설치에 필요한 다양한 기능적 구성 블록에는 러기드 및 열악한 환경에서 효율적이고 비용 효율성이 높은 신호 및 전력 분배를 지원하기 위한 다양한 상호 연결 옵션이 필요합니다. 위에서 살펴본 바와 같이 설계자는 필요한 높은 전력 및 신호 밀도를 안정적으로 지원할 수 있는 다양한 커넥터 옵션 중에서 선택할 수 있습니다.

추천 자료

BESS: 미리 대비하는 에너지 관리 솔루션

참고 자료

1: An Introduction to Demand Charges, National Renewable Energy Laboratory