浅析电力储能系统用电池连接电缆

上海缆慧检测技术有限公司 袁常俊 武汉产品质量监督检验所 倪世博

南德认证检测（中国）有限公司上海分公司 王宏雪

2021年是我国进入“十四五”规划发展的新阶段，为实现“2030年碳达峰、2060年碳中和”的目标，作为碳排放大户的电力行业应大力开发和利用安全、高效、清洁型新能源。近年来，我国以风力发电、光伏发电为主的可再生新能源装机量持续增加，而风力发电和光伏发电具有随机性和波动性，想要让整个电力系统保持安全稳定且经济运行，必须以电力储能系统作为支撑。

电力储能系统用电池连接电缆（以下简称电池电缆）主要包括电力储能系统中直流侧的电池模块之间、电池簇之间、电池簇与汇流箱及电池簇与储能变流器之间的电缆。电池电缆在电力储能系统中相当于人体内的“血管”，具有连接电力储能系统中各单元的功能，所以电池电缆在电力储能系统中具有极其特殊重要的地位。

1 国内外电池电缆标准分析

目前，国际上还没有针对电池电缆的标准，但是电力储能系统却在大面积建设，在建设中就发现电池电缆在采购和设计生产过程中无国际标准或国家标准可依，给电力储能系统建设带来了安全隐患。为解决电池电缆在电力储能系统建设中迫切需要的燃眉之急，中国质量认证中心（CQC）、TÜV南德意志集团和上海缆慧检测技术有限公司共同主导发布了团体标准CQC 1143-2019、PPP58049A PPP/2019/00083和T/CNESA 1003-2020。

已发布的电池电缆标准均为团体标准或企业标准，所以国内电池电缆行业应加强上中下游相关单位的合作，结合实际使用工况，针对电池电缆在负载运行过程中已发现的问题，制定高水平的电池电缆国家标准，以提高我国电池电缆的技术水平，从而促进我国电力储能系统行业的发展。

2 电池电缆的结构设计、产品代号和含义及型号规格

电力储能系统中直流侧用电池电缆的额定电压分别为DC 900V 和DC 1500V；电池电缆的导体应满足GB/T 3956-2008中规定的第5种或第6种软结构导体，导体材料应为不镀锡或镀锡的退火圆铜线；电池电缆可以为单绝缘电线，也可以为有绝缘和护套的电缆，绝缘或护套材料为耐热90℃聚氯乙烯或耐热125℃低烟无卤交联聚烯烃，绝缘或护套采用耐热90℃聚氯乙烯材料时，其使用温度为-20℃至90℃，绝缘或护套采用耐热125℃低烟无卤交联聚烯烃材料时，其使用温度为-40℃至125℃；无护套的电池电缆最小弯曲半径应不小于5倍电缆外径，有护套的电池电缆最小弯曲半径应不小于6倍电缆外径；其它使用特性根据其具体应用环境而确定，例如：耐日光老化、耐盐雾老化、阻燃等。

CQC 1143-2019和T/CNESA 1003-2020标准中电池电缆的产品代号和含义及型号规格一致，由于PPP58049A PPP/2019/00083 采用的欧洲标准体系，所以略有不同，导体规格均为4mm2～ 240mm2。

CQC 1143-2019和T/CNESA 1003-2020产品系列代号ES（电力储能用）；电压等级分别为DC 900V（额定电压直流900V）和DC 1500V（额定电压直流1500V）；导体R（第5种或第6种）；绝缘和护套材料分别为V-90（耐热90℃聚氯乙烯）和YJ-125（耐热125℃低烟无卤交联聚烯烃）。

额定电压为直流900V时，耐热90℃聚氯乙烯绝缘电力储能系统用电池连接无护套电缆型号ESRV-90 DC 900V，耐热90℃聚氯乙烯绝缘电力储能系统用电池连接护套电缆型号ES-RVV-90 DC 900V，耐热125℃低烟无卤阻燃交联聚烯烃绝缘电力储能系统用电池连接无护套电缆型号ESRYJ-125 DC 900V，耐热125℃低烟无卤阻燃交联聚烯烃绝缘电力储能系统用电池连接护套电缆型号ES-RYJYJ-125 DC 900V。

额定电压直流1500V 时，耐热125℃低烟无卤阻燃交联聚烯烃绝缘电力储能系统用电池连接无护套电缆型号ES-RYJ-125 DC 1500V，耐热125℃低烟无卤阻燃交联聚烯烃绝缘电力储能系统用电池连接护套电缆型号ES-RYJYJ-125 DC 1500V。

PPP58049A PPP/2019/00083产品系列代号ES（电力储能用）；电压等级分别为H09（额定电压直流900V）和H15（额定电压直流1500V）；导体分别为F（第5种）和H（第6种）；绝缘和护套材料分别为V（耐热90℃聚氯乙烯）和Z（耐热125℃低烟无卤交联聚烯烃）。

额定电压为直流900V 时，耐热90℃聚氯乙烯绝缘电力储能系统用电池连接无护套电缆型号ESH09V-F 和ES-H09V-H，耐热90℃聚氯乙烯绝缘电力储能系统用电池连接护套电缆型号ES-H09VV -F 和ES-H09VV-H，耐热125℃低烟无卤阻燃交联聚烯烃绝缘电力储能系统用电池连接无护套电缆型号ES-H09Z-F 和ES-H09Z-H，耐热125℃低烟无卤阻燃交联聚烯烃绝缘电力储能系统用电池连接护套电缆型号ES-H09ZZ-F 和ES-H09ZZ-H。

额定电压直流1500V 时，耐热125℃低烟无卤阻燃交联聚烯烃绝缘电力储能系统用电池连接无护套电缆型号ES-H15Z-F 和ES-H15Z-H，耐热125℃低烟无卤阻燃交联聚烯烃绝缘电力储能系统用电池连接护套电缆型号ES-H15ZZ-F 和ES-H15ZZ-H。

3 电池电缆的要求

3.1 结构尺寸检查

电池电缆的结构尺寸检查包括导体检查、绝缘厚度测量、护套厚度测量、外径测量和圆形护套电缆椭圆度测量，具体的试验要求详见CQC 1143-2019、PPP58049A PPP/2019/00083或T/CNESA 1003-2020。

3.2 电气性能试验和要求

电池电缆的电气性能试验包括导体直流电阻试验、成品电缆电压试验、绝缘线芯耐压试验（护套电缆）、绝缘体积电阻率试验、绝缘长期耐直流试验和护套表面电阻试验，具体的试验要求详见CQC 1143-2019、PPP58049A PPP/2019/00083或T/CNESA 1003-2020。

3.3 绝缘材料和护套材料非电气性能试验和要求

耐热90℃聚氯乙烯材料的非电气性能试验包括原始机械性能试验、空气烘箱老化后性能试验、热失重试验、非污染性试验、高温压力试验、热冲击试验、热稳定试验、低温性能试验和耐酸耐碱试验；耐热125℃低烟无卤交联聚烯烃材料的非电气性能试验包括原始机械性能试验、空气烘箱老化后性能试验、热延伸试验、非污染性试验、低温性能试验、耐酸耐碱试验、热收缩试验和卤素含量评估试验。具体的试验要求详见CQC 1143-2019、PPP58049A PPP/2019/00083或T/CNESA 1003-2020。

3.4 特殊性能试验和要求

3.4.1 阻燃特性试验和要求

由于电池电缆连接电力储能系统中各单元，一旦燃烧就会顺着电池电缆引燃电池模块或电池簇引发火灾或爆炸，所以所有电池电缆应具有单根电缆阻燃特性，应满足GB/T 18380.12-2008的要求。如有电池电缆成束安装的情况，应具有成束电缆阻燃特性，成束阻燃等级根据实际安装情况而定，成束阻燃特性应满足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：电池簇与汇流箱、电池簇与储能变流器之间的电池电缆。

3.4.2 烟发散特性试验和要求

电池电缆安装在人群聚集的建筑室内时，电池电缆的绝缘或护套材料应为耐热125℃低烟无卤交联聚烯烃，同时具有燃烧时产生较少烟的特性，以保证人群可以安全撤离，烟发散试验方法为GB/T 17651.2-1998，要求电池电缆在燃烧情况下的透光率应不低于60%。

3.4.3 耐电池酸特性试验和要求

电池电缆中主要功能就是连接电池模块，而电池模块内电池液难免会有渗漏现象，电池液一旦渗漏大概率会滴在电池电缆表面上，所以电池电缆应具有耐电池酸（25%硫酸和75%水，相对密度为1.28）的特性，具体的试验要求详见CQC 1143-2019、PPP58049A PPP/2019/00083或T/CNESA 1003-2020。

3.4.4 柔软性特性试验和要求

当电池电缆连接电池模块时，要求其弯曲半径会很小，并且应具有一定的柔软性，方便电池电缆多次拆卸安装，柔软特性试验要求详见CQC 1143-2019、PPP58049A PPP/2019/00083或T/CNESA 1003—2020。

3.4.5 耐日光老化特性试验和要求

电池电缆户外安装敷设时，在负载运行过程中必将会日晒雨淋，特别在高原地区使用时，其紫外线强度会更高，为满足此特殊使用环境电池电缆应具有耐人工气候老化试验。取成品电池电缆的护套制样后按GB/T 16422.2-2014的规定进行720h（即360个2h 的循环）老化处理，氙弧灯的辐照强度在波长300nm～400nm 范围内不小于43W/m2±15%，然后进行机械性能试验。CQC 1143-2019和T/CNESA 1003-2020标准要求护套材料老化后的抗张强度变化率和断裂伸长率变化率应不超过±30%，PPP58049A PPP/2019/00083标准要求护套材料老化后的抗张强度保留率和断裂伸长率保留率应不小于70%。

3.4.6 耐盐雾老化特性试验和要求

电池电缆在沿海地区安装敷设时，其使用环境必定是高盐度、高湿度，为满足此特殊使用环境电池电缆应具有耐盐雾特性。成品电池电缆应按GB/T 2423.17-2018的规定进行336h 老化处理，然后对无护套电缆老化后的绝缘材料或护套电缆老化后的护套材料进行机械性能试验，绝缘材料或护套材料老化后的抗张强度变化率和断裂伸长率变化率应不超过30%。