淺析電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接電纜

上海纜慧檢測(cè)技術(shù)有限公司 袁常俊 武漢產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 倪世博

南德認(rèn)證檢測(cè)（中國(guó)）有限公司上海分公司 王宏雪

2021年是我國(guó)進(jìn)入“十四五”規(guī)劃發(fā)展的新階段，為實(shí)現(xiàn)“2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和”的目標(biāo)，作為碳排放大戶的電力行業(yè)應(yīng)大力開(kāi)發(fā)和利用安全、高效、清潔型新能源。近年來(lái)，我國(guó)以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電為主的可再生新能源裝機(jī)量持續(xù)增加，而風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，想要讓整個(gè)電力系統(tǒng)保持安全穩(wěn)定且經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須以電力儲(chǔ)能系統(tǒng)作為支撐。

電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接電纜（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電池電纜）主要包括電力儲(chǔ)能系統(tǒng)中直流側(cè)的電池模塊之間、電池簇之間、電池簇與匯流箱及電池簇與儲(chǔ)能變流器之間的電纜。電池電纜在電力儲(chǔ)能系統(tǒng)中相當(dāng)于人體內(nèi)的“血管”，具有連接電力儲(chǔ)能系統(tǒng)中各單元的功能，所以電池電纜在電力儲(chǔ)能系統(tǒng)中具有極其特殊重要的地位。

1 國(guó)內(nèi)外電池電纜標(biāo)準(zhǔn)分析

目前，國(guó)際上還沒(méi)有針對(duì)電池電纜的標(biāo)準(zhǔn)，但是電力儲(chǔ)能系統(tǒng)卻在大面積建設(shè)，在建設(shè)中就發(fā)現(xiàn)電池電纜在采購(gòu)和設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可依，給電力儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)帶來(lái)了安全隱患。為解決電池電纜在電力儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)中迫切需要的燃眉之急，中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心（CQC）、TüV南德意志集團(tuán)和上海纜慧檢測(cè)技術(shù)有限公司共同主導(dǎo)發(fā)布了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)CQC 1143-2019、PPP58049A PPP/2019/00083和T/CNESA 1003-2020。

已發(fā)布的電池電纜標(biāo)準(zhǔn)均為團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所以國(guó)內(nèi)電池電纜行業(yè)應(yīng)加強(qiáng)上中下游相關(guān)單位的合作，結(jié)合實(shí)際使用工況，針對(duì)電池電纜在負(fù)載運(yùn)行過(guò)程中已發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，制定高水平的電池電纜國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以提高我國(guó)電池電纜的技術(shù)水平，從而促進(jìn)我國(guó)電力儲(chǔ)能系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展。

2 電池電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品代號(hào)和含義及型號(hào)規(guī)格

電力儲(chǔ)能系統(tǒng)中直流側(cè)用電池電纜的額定電壓分別為DC 900V 和DC 1500V；電池電纜的導(dǎo)體應(yīng)滿足GB/T 3956-2008中規(guī)定的第5種或第6種軟結(jié)構(gòu)導(dǎo)體，導(dǎo)體材料應(yīng)為不鍍錫或鍍錫的退火圓銅線；電池電纜可以為單絕緣電線，也可以為有絕緣和護(hù)套的電纜，絕緣或護(hù)套材料為耐熱90℃聚氯乙烯或耐熱125℃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚烯烴，絕緣或護(hù)套采用耐熱90℃聚氯乙烯材料時(shí)，其使用溫度為-20℃至90℃，絕緣或護(hù)套采用耐熱125℃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚烯烴材料時(shí)，其使用溫度為-40℃至125℃；無(wú)護(hù)套的電池電纜最小彎曲半徑應(yīng)不小于5倍電纜外徑，有護(hù)套的電池電纜最小彎曲半徑應(yīng)不小于6倍電纜外徑；其它使用特性根據(jù)其具體應(yīng)用環(huán)境而確定，例如：耐日光老化、耐鹽霧老化、阻燃等。

CQC 1143-2019和T/CNESA 1003-2020標(biāo)準(zhǔn)中電池電纜的產(chǎn)品代號(hào)和含義及型號(hào)規(guī)格一致，由于PPP58049A PPP/2019/00083 采用的歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系，所以略有不同，導(dǎo)體規(guī)格均為4mm2～ 240mm2。

CQC 1143-2019和T/CNESA 1003-2020產(chǎn)品系列代號(hào)ES（電力儲(chǔ)能用）；電壓等級(jí)分別為DC 900V（額定電壓直流900V）和DC 1500V（額定電壓直流1500V）；導(dǎo)體R（第5種或第6種）；絕緣和護(hù)套材料分別為V-90（耐熱90℃聚氯乙烯）和YJ-125（耐熱125℃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚烯烴）。

額定電壓為直流900V時(shí)，耐熱90℃聚氯乙烯絕緣電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接無(wú)護(hù)套電纜型號(hào)ESRV-90 DC 900V，耐熱90℃聚氯乙烯絕緣電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接護(hù)套電纜型號(hào)ES-RVV-90 DC 900V，耐熱125℃低煙無(wú)鹵阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接無(wú)護(hù)套電纜型號(hào)ESRYJ-125 DC 900V，耐熱125℃低煙無(wú)鹵阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接護(hù)套電纜型號(hào)ES-RYJYJ-125 DC 900V。

額定電壓直流1500V 時(shí)，耐熱125℃低煙無(wú)鹵阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接無(wú)護(hù)套電纜型號(hào)ES-RYJ-125 DC 1500V，耐熱125℃低煙無(wú)鹵阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接護(hù)套電纜型號(hào)ES-RYJYJ-125 DC 1500V。

PPP58049A PPP/2019/00083產(chǎn)品系列代號(hào)ES（電力儲(chǔ)能用）；電壓等級(jí)分別為H09（額定電壓直流900V）和H15（額定電壓直流1500V）；導(dǎo)體分別為F（第5種）和H（第6種）；絕緣和護(hù)套材料分別為V（耐熱90℃聚氯乙烯）和Z（耐熱125℃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚烯烴）。

額定電壓為直流900V 時(shí)，耐熱90℃聚氯乙烯絕緣電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接無(wú)護(hù)套電纜型號(hào)ESH09V-F 和ES-H09V-H，耐熱90℃聚氯乙烯絕緣電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接護(hù)套電纜型號(hào)ES-H09VV -F 和ES-H09VV-H，耐熱125℃低煙無(wú)鹵阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接無(wú)護(hù)套電纜型號(hào)ES-H09Z-F 和ES-H09Z-H，耐熱125℃低煙無(wú)鹵阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接護(hù)套電纜型號(hào)ES-H09ZZ-F 和ES-H09ZZ-H。

額定電壓直流1500V 時(shí)，耐熱125℃低煙無(wú)鹵阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接無(wú)護(hù)套電纜型號(hào)ES-H15Z-F 和ES-H15Z-H，耐熱125℃低煙無(wú)鹵阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接護(hù)套電纜型號(hào)ES-H15ZZ-F 和ES-H15ZZ-H。

3 電池電纜的要求

3.1 結(jié)構(gòu)尺寸檢查

電池電纜的結(jié)構(gòu)尺寸檢查包括導(dǎo)體檢查、絕緣厚度測(cè)量、護(hù)套厚度測(cè)量、外徑測(cè)量和圓形護(hù)套電纜橢圓度測(cè)量，具體的試驗(yàn)要求詳見(jiàn)CQC 1143-2019、PPP58049A PPP/2019/00083或T/CNESA 1003-2020。

3.2 電氣性能試驗(yàn)和要求

電池電纜的電氣性能試驗(yàn)包括導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)、成品電纜電壓試驗(yàn)、絕緣線芯耐壓試驗(yàn)（護(hù)套電纜）、絕緣體積電阻率試驗(yàn)、絕緣長(zhǎng)期耐直流試驗(yàn)和護(hù)套表面電阻試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)要求詳見(jiàn)CQC 1143-2019、PPP58049A PPP/2019/00083或T/CNESA 1003-2020。

3.3 絕緣材料和護(hù)套材料非電氣性能試驗(yàn)和要求

耐熱90℃聚氯乙烯材料的非電氣性能試驗(yàn)包括原始機(jī)械性能試驗(yàn)、空氣烘箱老化后性能試驗(yàn)、熱失重試驗(yàn)、非污染性試驗(yàn)、高溫壓力試驗(yàn)、熱沖擊試驗(yàn)、熱穩(wěn)定試驗(yàn)、低溫性能試驗(yàn)和耐酸耐堿試驗(yàn)；耐熱125℃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚烯烴材料的非電氣性能試驗(yàn)包括原始機(jī)械性能試驗(yàn)、空氣烘箱老化后性能試驗(yàn)、熱延伸試驗(yàn)、非污染性試驗(yàn)、低溫性能試驗(yàn)、耐酸耐堿試驗(yàn)、熱收縮試驗(yàn)和鹵素含量評(píng)估試驗(yàn)。具體的試驗(yàn)要求詳見(jiàn)CQC 1143-2019、PPP58049A PPP/2019/00083或T/CNESA 1003-2020。

3.4 特殊性能試驗(yàn)和要求

3.4.1 阻燃特性試驗(yàn)和要求

由于電池電纜連接電力儲(chǔ)能系統(tǒng)中各單元，一旦燃燒就會(huì)順著電池電纜引燃電池模塊或電池簇引發(fā)火災(zāi)或爆炸，所以所有電池電纜應(yīng)具有單根電纜阻燃特性，應(yīng)滿足GB/T 18380.12-2008的要求。如有電池電纜成束安裝的情況，應(yīng)具有成束電纜阻燃特性，成束阻燃等級(jí)根據(jù)實(shí)際安裝情況而定，成束阻燃特性應(yīng)滿足GB/T 18380.33-2008、GB/T 18380.34-2008、GB/T 18380.35-2008或GB/T 18380.36-2008的要求，例如：電池簇與匯流箱、電池簇與儲(chǔ)能變流器之間的電池電纜。

3.4.2 煙發(fā)散特性試驗(yàn)和要求

電池電纜安裝在人群聚集的建筑室內(nèi)時(shí)，電池電纜的絕緣或護(hù)套材料應(yīng)為耐熱125℃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚烯烴，同時(shí)具有燃燒時(shí)產(chǎn)生較少煙的特性，以保證人群可以安全撤離，煙發(fā)散試驗(yàn)方法為GB/T 17651.2-1998，要求電池電纜在燃燒情況下的透光率應(yīng)不低于60%。

3.4.3 耐電池酸特性試驗(yàn)和要求

電池電纜中主要功能就是連接電池模塊，而電池模塊內(nèi)電池液難免會(huì)有滲漏現(xiàn)象，電池液一旦滲漏大概率會(huì)滴在電池電纜表面上，所以電池電纜應(yīng)具有耐電池酸（25%硫酸和75%水，相對(duì)密度為1.28）的特性，具體的試驗(yàn)要求詳見(jiàn)CQC 1143-2019、PPP58049A PPP/2019/00083或T/CNESA 1003-2020。

3.4.4 柔軟性特性試驗(yàn)和要求

當(dāng)電池電纜連接電池模塊時(shí)，要求其彎曲半徑會(huì)很小，并且應(yīng)具有一定的柔軟性，方便電池電纜多次拆卸安裝，柔軟特性試驗(yàn)要求詳見(jiàn)CQC 1143-2019、PPP58049A PPP/2019/00083或T/CNESA 1003—2020。

3.4.5 耐日光老化特性試驗(yàn)和要求

電池電纜戶外安裝敷設(shè)時(shí)，在負(fù)載運(yùn)行過(guò)程中必將會(huì)日曬雨淋，特別在高原地區(qū)使用時(shí)，其紫外線強(qiáng)度會(huì)更高，為滿足此特殊使用環(huán)境電池電纜應(yīng)具有耐人工氣候老化試驗(yàn)。取成品電池電纜的護(hù)套制樣后按GB/T 16422.2-2014的規(guī)定進(jìn)行720h（即360個(gè)2h 的循環(huán)）老化處理，氙弧燈的輻照強(qiáng)度在波長(zhǎng)300nm～400nm 范圍內(nèi)不小于43W/m2±15%，然后進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)。CQC 1143-2019和T/CNESA 1003-2020標(biāo)準(zhǔn)要求護(hù)套材料老化后的抗張強(qiáng)度變化率和斷裂伸長(zhǎng)率變化率應(yīng)不超過(guò)±30%，PPP58049A PPP/2019/00083標(biāo)準(zhǔn)要求護(hù)套材料老化后的抗張強(qiáng)度保留率和斷裂伸長(zhǎng)率保留率應(yīng)不小于70%。

3.4.6 耐鹽霧老化特性試驗(yàn)和要求

電池電纜在沿海地區(qū)安裝敷設(shè)時(shí)，其使用環(huán)境必定是高鹽度、高濕度，為滿足此特殊使用環(huán)境電池電纜應(yīng)具有耐鹽霧特性。成品電池電纜應(yīng)按GB/T 2423.17-2018的規(guī)定進(jìn)行336h 老化處理，然后對(duì)無(wú)護(hù)套電纜老化后的絕緣材料或護(hù)套電纜老化后的護(hù)套材料進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)，絕緣材料或護(hù)套材料老化后的抗張強(qiáng)度變化率和斷裂伸長(zhǎng)率變化率應(yīng)不超過(guò)30%。