商用エネルギー貯蔵システムのブロックの接続方法

風力や太陽エネルギーなどの再生可能エネルギー資源の利用とグリッド統合を促進するために、商用バッテリエネルギー貯蔵システム（BESS）が必要とされています。BESSは複雑で、大型バッテリ、バッテリ管理システム、バッテリ制御と通信、インバータ/トランスなどが含まれます。BESSの全体的な効率と信頼性を高めるには、すべての構成ブロックを最適に設計することが不可欠ですが、それだけでは不十分です。過酷な条件に耐え、最高の性能を確保するためには、各ブロックが相互接続されている必要があります。それを実現するために、設計者はさまざまなコネクタタイプを組み合わせて、最もコスト効率がよく、信頼性の高いソリューションを見出さなければなりません（図1）。

図1：商用BESSを構成するブロックは、システム全体の信頼性の高い効率的な運用のために、特定のコネクタソリューションを必要とします。（画像提供：Amphenol）

このブログでは、BESSの運用上の利点、BESSを構築するために使用されるブロック、およびAmphenolのサンプルコネクタの詳細なコネクタオプションについて簡単に説明します。

BESSの利点

BESSの導入は、必ずしも利他的なものではありません。BESSは、再生可能エネルギーの利用とグリッド統合をサポートするだけでなく、以下のような経済的利点ももたらします。

デマンドチャージ管理：多くの施設には、ピーク時の電力使用量に基づくデマンドチャージの支払いが義務付けられています。BESSを使用してピーク時のエネルギー消費を抑えることで、全体のエネルギー消費量を最大70%¹削減することができます。

負荷シフト：ソフトウェアアルゴリズムを使用して、エネルギー消費パターンとタイムオブユース（時間帯別）電気料金を比較して分析し、最もコストの高い時間帯にBESSを放電させる最適なタイミングを決定することができます。

バックアップ電源：停電によりコストが上昇する可能性があります。BESSにより、独立した無停電電源システム（UPS）が不要になるか、小型で安価なUPSを使用できるようになります。

BESSブロック

バッテリの選択には、定義されたエネルギー貯蔵と電力供給のニーズをサポートするケミストリ、セルのパッケージング方式、バッテリラックなどのシステム統合構造が必要です。

バッテリ管理システム（BMS）は、最適な充電・放電速度を確保し、温度を監視し、バッテリの即応性（充電状態）と予想される長期信頼性（健康状態）を予測します。

バッテリ制御と通信は、動作状況を報告し、リモート制御をサポートします。

インバータ/トランスは、直流（DC）バッテリ電力を交流（AC）電力に変換し、BESSをグリッドに接続します。

これらのBESSブロックを接続するための主な性能要因には、以下のようなものがあります。

• 高い電力および信号密度
• 現場での設置の容易さ
• 厳しい過酷な環境での高信頼性

バスバーの接続

高電力密度バッテリシステムのソリューションとして、設計者はバスバー、ケーブル、回路基板間で1コンタクトあたり最大200Aを分配するBarKlip BK200ケーブルアセンブリを利用することができます（図2）。1ポートあたりの最大抵抗値は0.20mΩで、高効率を実現しています。このケーブルアセンブリにより、システムラックバーと3.00mm厚の銅バーとの直接プラグ式接続を実現し、設置が容易になります。14本の片持ち梁は、バスバーのアライメントや表面仕上げのばらつきを調整する対応スプリングを提供し、高い信頼性を実現しています。

図2：BarKlip BK200ケーブルアセンブリは、バッテリシステムの相互接続用に1コンタクトあたり最大200Aまで分配することができます。（画像提供：Amphenol）

インバータ用コネクタ

より高い電流の線密度と低い電力損失を必要とするアプリケーションに対応するPwrBlade+ AC/DC配電コネクタシステムは、バッテリチャージャやインバータに適しています（図3）。隣接する8つの高電源端子と接触抵抗≤0.7mΩで、最大192A/リニアインチ（A/linear in.）をサポートします。これらのコネクタは、低電力と信号のコンタクトも含んでおり、完全なソリューションを提供します。

図3：バッテリチャージャやインバータは、PwrBlade+のAC/DC配電コネクタを使用することができます。（画像提供：Amphenol）

BMS相互接続

BMSシステムを統合するには、CoolPower Slim Drawerシリーズを使用することができます。1ピンあたり最大60Aまで対応し、0.4mΩのEOLコンタクト抵抗を備えています。電源コンタクトと信号コンタクトのさまざまな組み合わせ、取り付け、終端オプションで構成することが可能です（図4）。また、BMSシステムでは、ブラインド嵌合、シーケンス嵌合、ホットプラグなどの機能も重要です。アプリケーション例として、品番DWRT424SV23690は28ソケット、品番DWRT820PR233B2は28ピンを搭載しています。

図4：CoolPower Slim Drawerのコネクタは、BMS統合に適しています。（画像提供：Amphenol）

小型のBESSにおけるBMSの相互接続は、省スペース設計で、アセンブリやケーブル管理が容易なハイブリッド型のワイヤ対基板コネクタシステムであるComboLockシリーズから恩恵を受けることができます。これらのコネクタは、5～19本の信号ピンと2～8本の電源ピンを持ち、垂直および直角の構成で、面実装端子を備えています（図5）。電源ピンは最大10Aを通電することができます。たとえば、品番10162688-207206CLFは電源ピン8本と信号ピン7本を提供し、品番10162688-205202CLFは電源ピン2本と信号ピン5本を備えています。これらのコネクタはアクティブラッチング機能を搭載し、高い信頼性を実現しています。

図5：小型BESSは、BMSでComboLockコネクタを使用できます。（画像提供：Amphenol）

外部との接続

電源ピン0.50mmピッチのフローティング基板対基板コネクタシステムは、最大10Gbits/sの高速通信と5Aの電源ピンをサポートする小型ソリューションから恩恵を受ける、バッテリ制御と通信ブロックなどのアプリケーション向けに設計されています（図6）。プラグ品番B3221B7L111260E100は60ポジション（下）、品番B3291B7L111260E100は60レセプタクル（上）を備えています。また、-55°C～125°Cの動作温度範囲、フール防止嵌合設計、方向ガイド機能により、嵌合を容易にし、信頼性と組み立てやすさを向上させました。

図6：B3221B7L111260E100（下）やB3291B7L111260E100（上）などのフローティング基板対基板コネクタは、バッテリ制御と通信ブロックの電源および高速通信のニーズをサポートします。（画像提供：Amphenol）

まとめ

コネクタは、商用BESSの統合、設置の容易さ、信頼性の高い運用において重要な役割を担っています。BESSを構築するために必要なさまざまな機能構成ブロックは、厳しい過酷な環境下で信号と電力の両方を効率的かつコスト効率よく伝送するために、さまざまな相互接続の選択を必要とします。このように、設計者は、必要とされる高い電力と信号密度を確実にサポートできる数多くのコネクタの選択肢を持つことができます。

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