Das Projekt im Überblick

Anwendung	Verkabelung des BESS-Schaltschranks in einem C&I-Containersystem
Systemkapazität	5 MW / 10 MWh
Standort	Deutschland
Steckverbinderlösung	Steckverbinder der CN-Serie, CN06–CN14 (70 A–500 A)
Hauptstromkreis-Modell	CN12, Nennstrom 350 A bei 120 mm² Kabelquerschnitt
Systemspannung	1500 V Gleichstrom
Kündigungen	Gewindebohrung, Schraubausführung, Mutterausführung oder Durchgangsbohrung
Schutz	IP67, Flammschutzklasse V-0 (UL94), Gehäuse aus PA66
Kabellösung	Maßgefertigte, werkseitig konfektionierte Baugruppen, auf Länge zugeschnitten

Auftraggeber: BESS-Integrator und OEM, Deutschland (Name auf Vereinbarung zurückgehalten)

Herausforderungen bei der Verkabelung von BESS-Schränken

Die Verkabelung des BESS-Schranks in diesem Maßstab ist ein thermisches und mechanisches System und keine Ansammlung einzelner Verbindungen. Drei Vorgaben waren ausschlaggebend für die Konstruktion.

350 A Stromstärke in einem geschlossenen Gehäuse

Ein 350-A-Stromkreis erfordert ein Kabel mit einem Querschnitt von 120 mm² (4/0 AWG). Der Stromfluss erfolgt nicht intermittierend. Ein BESS lädt und entlädt sich stundenlang, sodass der Schrank einer anhaltenden thermischen Belastung ausgesetzt ist und die Wärme in einem geschlossenen Gehäuse nicht entweichen kann. Jede Anschlussstelle und jede Verbindungsstelle erhöht den Widerstand, und Widerstand wandelt Laststrom in Wärme um. Der Temperaturanstieg ist das erste Anzeichen. Eine Verbindungsstelle, die sich bei einer 60%-Belastung warm anfühlt, wird bei voller Entladung noch heißer, und wiederholte Temperaturwechsel belasten langsam die mechanische Schnittstelle. Die Verkabelung muss über Jahre hinweg – nicht nur über Wochen – innerhalb ihres zulässigen Temperaturanstiegsbereichs bleiben. Deshalb geht es bei der Verbindung nicht nur um die Strombelastbarkeit bei 25 °C, sondern auch um die Stabilität unter langen, heißen Zyklen – und deshalb spielen Kontaktwiderstand und Beschichtungsqualität in der Spezifikation eine so große Rolle.

Einheitliche Verlegung über Dutzende von Fugen hinweg

Ein 5-MW-/10-MWh-Schaltschrank enthält mehr Hochstromverbindungen, als die meisten Installateure erwarten. Jede einzelne ist eine Stelle, an der eine lockere Crimpverbindung, eine zu schwach angezogene Klemme oder eine verpolte Verbindung zu einem Gewährleistungsanspruch führen kann. Die Qualität der Crimpverbindungen vor Ort variiert je nach Bediener und Werkzeug. Dieser Kunde wollte diese Variable vollständig aus dem Verdrahtungsprozess entfernen, wobei Polaritätsfehler das spezifische Risiko waren, das er als Erstes ansprach. Eine verpolte 1500-V-Gleichstromverbindung ist kein kleiner Fehler. Es handelt sich um einen Lichtbogen, der nur darauf wartet, beim nächsten Wartungszyklus aufzutreten, und in einem Schrank voller identischer schwerer schwarzer Kabel ist dies genau die Art von Fehler, die ein müdes Team in der Freitagsschicht begehen kann.

Verlegungsraum und Wartungsfreundlichkeit

Ab einer Fläche von 120 mm² wird das Kabel selbst zu einem mechanischen Bauteil. In einem kompakten Gehäuse teilen sich Stromkabel den Platz mit Luftströmungswegen, Steuerleitungen und Zugangsklappen. Ein Kabel, das mit einer zu engen Biegung verlegt wird, belastet seinen Anschluss. Ein zu locker verlegtes Kabel behindert die Kühlung und erschwert spätere Arbeiten. Und Wartungsarbeiten an BESS-Anlagen sind keine Seltenheit: Racks werden ausgetauscht, Zellen gewartet, und jede Trennvorrichtung muss wiederholte Zyklen überstehen, ohne an Leistungsfähigkeit zu verlieren. Die Verlegung muss auf Anhieb sauber sein, denn niemand möchte diesen Schrank noch einmal öffnen müssen, nur um eine Kabelverlegung zu korrigieren.

Die BESS-Lösung für die Schaltschrankverkabelung: Steckverbinder der CN-Serie und maßgefertigte Kabelkonfektionen

Wir haben Steckverbinder der CN-Serie mit werkseitig konfektionierten flexiblen Kabelbaugruppen kombiniert. Bei der Verkabelung von Bess-Schränken ist die Spezifikation ebenso wichtig wie der Steckverbinder selbst. Daher wurden beide hinsichtlich der im Projekt vorgegebenen Spannung, des Stroms, der Kabelaufstellung und der Schrankzeichnung überprüft, bevor auch nur ein Meter Kabel abgeschnitten wurde. Das Integrator-Team des Kunden erhielt einen Verkabelungssatz und keine Schachtel mit Einzelteilen, die vor Ort zusammengebaut werden mussten.

• Schnelle Selbstverriegelung, Entriegelung mit nur einem Knopfdruck. Die Steckverriegelung gewährleistet jedes Mal eine zuverlässige elektrische und mechanische Verbindung und ermöglicht ein reibungsloses Ein- und Ausstecken, das für mehr als 500 Steckzyklen ausgelegt ist. Die Baugruppen lassen sich zu Wartungszwecken trennen und schnell wieder anschließen, ohne dass dafür Werkzeuge erforderlich sind, wie sie bei einer Schraubverbindung benötigt werden.
• Hochstromkontakte mit Federzunge. Die versilberten T2Y-Kontakte aus reinem Kupfer verfügen über eine Fingerfederkonstruktion, die den Anpressdruck auch unter Dauerbelastung stabil hält und den Kontaktwiderstand bei den in diesem Projekt verwendeten Hochstrommodellen auf 0,5 mΩ (gemessen bei 100 mA) oder darunter begrenzt.
• In die Konfiguration integrierte Polaritätssteuerung. Positive und negative Gehäuse sind farblich voneinander unterscheidbar, und die für dieses Projekt genehmigte Konfiguration sah polarisierte Steckhälften mit Verriegelung vor, sodass eine vertauschte Verbindung gar nicht erst hergestellt werden kann. In einem Schrank voller schwerer Kabel, die alle identisch aussehen, wird so der teuerste Verkabelungsfehler verhindert, bevor er überhaupt auftritt.
• Anschlussmöglichkeiten für Sammelschienen und PCS. Steckverbinder mit Gewindebohrung, Schraubanschluss, Mutternanschluss und Durchgangsbohrung passen direkt auf Batteriesammelschienen, PCS-Klemmen und Leistungsschalterklemmen. Die Kabelausgänge lassen sich um 360 Grad drehen, sodass die Kabelführung übersichtlich bleibt.
• Auf Maß geschnittene Baugruppen. Jede Kabelstrecke wird werkseitig konfektioniert und anhand des Schaltschrankplans vermessen. Das Team vor Ort montiert die Verbindungsstellen, anstatt die Kabel zu crimpen – genau hier lassen sich die Installationszeit und die Fehlerquote tatsächlich kontrollieren.

Speicheranschlüsse der CN-Serie: Nennstrom nach Modell

Der Nennstrom ist der naheliegende Ausgangspunkt für die Verkabelung von Bess-Schränken. Die CN-Serie deckt mit fünf Baugrößen den Bereich von 70 A bis 500 A bei bis zu 1.500 V Gleichstrom ab, sodass die Auswahl sich nach dem jeweiligen Stromkreis richtet. Für eine 350-A-Leitung auf Rack-Ebene kommt der CN12 mit einem Kabelquerschnitt von 120 mm² zum Einsatz. Für eine 300-A-Zuleitung kommt das Modell CN10 mit 95 mm² zum Einsatz. Für einen 150-A-Abzweig kann das Modell CN08 mit 35 mm² verwendet werden. Eine Steckverbinderfamilie, ein Werkzeugsatz, eine Ersatzteilliste für den gesamten Schaltschrank.

Modell	Nennstrom	Geeignetes Kabel
CN06	70 A / 100 A / 120 A	10 / 16 / 25 mm²
CN08	150 A / 200 A / 250 A	35 / 50 / 70 mm²
CN10	200 A / 250 A / 300 A	50 / 70 / 95 mm²
CN12	250 A / 300 A / 350 A	70 / 95 / 120 mm²
CN14	400 A / 450 A / 500 A	150 / 185 mm²

Serienspezifikationen (CN-Serie)

Nennspannung	Bis zu 1500 V Gleichstrom
Kontaktwiderstand	≤ 0,5 mΩ bei 100 mA (CN10–CN14; CN06/CN08 ≤ 0,2 mΩ)
Isolationswiderstand	>500 MΩ
Durchschlagfestigkeit	Bis zu 4000 V Wechselspannung (CN06: 3000 V / 4000 V Wechselspannung)
Einsteckkraft	≤75 N
Paarungszyklen	≥500
Betriebstemperatur	-40 °C bis +125 °C
Wasserabweisend / schwer entflammbar	IP67 / V-0 (UL94)
Gehäusematerial	PA66
Kontaktmaterial	T2Y, reines Kupfer, versilbert
Farben	Positiv orange/rot, negativ schwarz

Die gesamte „Energy Storage Connector“-Reihe ansehen →

Was wir angepasst haben

Es handelte sich hierbei nicht um den Verkauf eines Standardsteckverbinders. Bei einer hochwertigen Verkabelung von Bess-Schränken ist das selten der Fall. Der Kunde benötigte ein Verkabelungssystem, das speziell auf sein Schrankdesign zugeschnitten war, und alle unten aufgeführten Parameter wurden vor der Produktion konfiguriert.

• Kabelkonfiguration. Länge, Leiterquerschnitt, Isolierung, Mantelfarbe, Biegeradius und Verlegungsrichtung entsprechend der Schaltschrankzeichnung, wobei positive und negative Leitungsstränge optisch voneinander unterschieden werden.
• Anschlusskonfiguration. Nennleistung und Nennstrom, Anschlussart (Gewindebohrung, Schraube, Mutter oder Durchgangsbohrung), Polkodierung, Zuordnung der Steckpaare und Schutzzubehör.
• Montagequalität. Werksseitige Montage mit kontrollierten Werkzeugen, dokumentierte Drehmomentwerte für Schrauben- und Mutternverbindungen sowie Prüfung jeder Verbindung vor der Verpackung.
• Kennzeichnung und Verpackung. Teileetiketten, Serien- oder Chargenkennzeichnung, Montagezeichnungen und projektspezifische Verpackungen, damit das empfangende Team jedes Bausatzes einem Schrankabschnitt zuordnen kann.

Versandart

Der Kunde stellte uns die Schaltschrankzeichnung und die Kabelübersicht zur Verfügung. Unser Anwendungsingenieur legte uns bereits in der ersten Woche einen Vorschlag für Steckverbinder und Anschlüsse vor. Drei Tage nach Freigabe der Zeichnung wurden die Muster versandt. Der Systemintegrator überprüfte die Werkzeug- und Drehmomentspezifikationen, woraufhin die Serienlieferung termingerecht gemäß dem vereinbarten Zeitplan erfolgte – einschließlich der entsprechenden Etiketten und Montagezeichnungen.

Die gleichen vier Schritte gelten auch für Ihr Projekt:

1. Rezension. Bitte übermitteln Sie die elektrischen Anforderungen, die Steckerschnittstelle, die Kabelübersicht und die Schaltschrankzeichnung für eine erste Machbarkeitsprüfung.
2. Beispiel. Prototypenmuster in 3 Tagen; kundenspezifische Werkzeuge in 20 Tagen.
3. Genehmigen. Überprüfen Sie vor der Freigabe zur Produktion die ausgewählte Konfiguration, die Zeichnung, die Beschriftungen und die zugehörige Dokumentation.
4. Liefern. Projektspezifische Baugruppen mit vereinbarten Anforderungen hinsichtlich Prüfung, Verpackung und Lieferung.

Projektergebnis

Der Verkabelungssatz wurde mit Ein-Schlüssel-Verbindungsstücken, werkseitig konfektionierten Kabeln und auf Länge zugeschnittenen Baugruppen geliefert, die alle gemäß der Schaltschrankzeichnung dokumentiert waren. Das Team des Integrators montierte die Verbindungsstücke vor Ort ohne Crimpen vor Ort, und dank der Polaritätskontrolle konnte das Risiko einer Verpolung von der Checkliste gestrichen werden.

Was die Temperatur betrifft, ist der Auslegungspunkt einfach. In einem versiegelten Gehäuse zeigt sich die Verdrahtungsreserve als Temperaturanstieg unter Last. Versilberte Fingerspringkontakte halten den Widerstand niedrig, die Steckverriegelung sorgt für eine dichte Verbindung, und werkseitige Anschlüsse beseitigen die größte Unwägbarkeit, sodass die Reserve Zyklus für Zyklus stabil bleibt. Weitere Einzelheiten zum Zusammenspiel von Anschlusswiderstand und Umgebungstemperatur im Inneren von Speicherschränken finden Sie in unserem Hinweis zu Temperaturanstieg an den Steckverbindern in BESS-Schränken.

Projektspezifische Angaben wie Installationszeit, gemessener Temperaturanstieg und Lieferzeit veröffentlichen wir nur, wenn diese durch Projektunterlagen belegt sind. Fordern Sie das Projektzusammenfassungs-Paket unter einer Vertraulichkeitsvereinbarung (NDA) an.

Warum diese Verkabelung in einem geschlossenen Gehäuse funktioniert

Paarungszyklen	500+
Kontaktwiderstand	≤ 0,5 mΩ bei 100 mA
Reichweite	-40 °C bis +125 °C
Wasserabweisend / schwer entflammbar	IP67 / V-0 (UL94)
Systemspannung	1500 V Gleichstrom
Kontaktfläche	Versilbertes T2Y-Kupfer

Hier kommt ein echtes Kundenzitat hin, das hinzugefügt wird, sobald der Integrator eines genehmigt hat.

Qualität und Compliance

Die in diesem Projekt verwendeten Energiespeicher-Steckverbinder der CN-Serie sind zertifiziert nach UL 1977 und UL 4128, tragen die CE-Kennzeichnung und sind RoHS-konform. Zertifizierungsunterlagen werden pro gelieferter Artikelnummer bereitgestellt. UL 1977 gilt für Komponentensteckverbinder zum Einsatz in Daten-, Signal-, Steuerungs- und Stromversorgungsanwendungen. UL 4128 gilt für Gegenstücke von Verbindungselementen zwischen Zellen und Ebenen in Batteriesystemen und ist die Norm, die ein für den nordamerikanischen Markt bestimmter Batterieschrank in der Regel erfüllen muss. Die CE-Kennzeichnung erfolgt gemäß den geltenden europäischen Richtlinien; siehe die Leitfaden der Europäischen Kommission zur CE-Kennzeichnung und UL-Leitfaden zu Batterien und Energiespeichern. PVLinkTech arbeitet nach den Qualitätsmanagementsystemen IATF 16949, ISO 9001, ISO 13485 und ISO 14001.

Technischer Hinweis: Nennstrom, Temperaturanstieg und IP-Schutzart hängen vom endgültigen Kabelquerschnitt, den Umgebungsbedingungen und der gesamten Systemauslegung ab. Die angegebenen Kontaktwiderstandswerte entsprechen den Angaben im Produktdatenblatt bei einem Prüfstrom von 100 mA. Lassen Sie die zugelassene Konfiguration von einem Anwendungsingenieur bestätigen.

Typische Anwendungsbereiche

• Verbindungen zwischen den Batterieracks untereinander sowie zwischen den Racks und den Wechselrichtern in containerisierten Batterie-Energiespeichersystemen (BESS)
• Gleichstromschränke und Schnittstellen für Stromumwandlungssysteme
• Energiespeichersysteme für Gewerbe und Industrie
• Maßgeschneiderte Hochstromverkabelung für OEMs und Systemintegratoren im Bereich Energiespeichersysteme
• Ersatz- und Wartungs-Verkabelungssätze für bereits installierte Aufbewahrungsschränke

Geltungsbereich: Diese Fallstudie befasst sich mit Stromanschlüssen und kundenspezifischen Kabelkonfektionen, nicht jedoch mit der Lieferung eines kompletten Batterie-Energiespeichersystems.

Weitere Fallstudien

• Verkabelung eines Mikronetzes für ein Gewächshaus, 1,5 MW / 3,2 MWh, Niederlande
• 1500-V-Solarsteckverbinder, 120-MW-Photovoltaikanlage in Indonesien
• Verbindungslösungen für Photovoltaikanlagen
• Lösungen für den Anschluss von Batteriespeichern