Kiek diodai svarbūs energijos kaupimo sistemų saugumui?

1, apsauga nuo atvirkštinio įkrovimo: fizinė kliūtis, blokuojanti energijos atgalinį srautą
Fotovoltinės energijos kaupimo sistemose priešpriešinio įkrovimo diodai (blokavimo diodai) yra nuosekliai sujungti tarp fotovoltinės matricos ir akumuliatoriaus. Pagrindinė jų funkcija yra neleisti akumuliatoriui vėl išsikrauti per fotovoltinę masyvą naktį arba lietingomis dienomis. Kai fotovoltinio modulio išėjimo įtampa yra mažesnė už nuolatinės srovės magistralės įtampą, be priešpriešinio įkrovimo diodų, akumuliatoriaus energija sudarys grandinę per fotovoltinės matricos PN jungtį, todėl modulis įkais arba net perdegs.

Tipiškas atvejis: dykumos fotovoltinės elektrinės nepavyko sumontuoti priešpriešinio įkrovimo diodų. Po tris dienas trukusios smėlio audros fotovoltinės matricos temperatūra neįprastai pakilo iki 85 laipsnių, o tai galiausiai lėmė jungties dėžutės lydymosi avariją. Po bandymo atvirkštinė srovė pasiekė 2,3 karto didesnę už įprastą darbinę srovę, todėl vidinė komponento litavimo juosta išsilydo.

Techninis optimizavimas: Šiuolaikinės energijos kaupimo sistemos naudoja Schottky diodus su mažu tiesioginės įtampos kritimu (Vf<0.3V), which can reduce energy loss by 1.2% compared to traditional silicon diodes (Vf ≈ 0.7V). For example, Infineon's CoolSiC ™ Schottky diodes can still maintain reverse leakage current<1 μ A at high temperatures of 150 ℃, which is three orders of magnitude lower than silicon-based devices.

2, Apsauga nuo apėjimo: išmanusis jungiklis, padedantis išspręsti karštojo taško efektą
Fotovoltinių modulių serijinėje grandinėje apėjimo diodai yra sujungti lygiagrečiai abiejuose vieno modulio galuose. Kai modulis yra užblokuotas arba sugedęs, diodai sudaro srovės aplinkkelį, išvengiant kitų įprastų komponentų atvirkštinio poslinkio. Jei trūksta apsaugos nuo apėjimo, užblokuotas komponentas naudos kitų komponentų generuojamą energiją kaip apkrovą, todėl vietinė aukšta temperatūra (iki 200 laipsnių ar daugiau) ir sukels "karštojo taško efektą".

Failure analysis: A module fire accident occurred at a certain offshore photovoltaic power station. Investigation found that due to improper selection of bypass diodes (reverse recovery time Trr>200n), diodai nesugebėjo laiku veikti esant greitai besikeičiančiam debesų sluoksniui, todėl sudegė vidinės modulio baterijos elementai.

Technologinė evoliucija: taikant trečiosios-kartos puslaidininkines medžiagas gerokai pagerėjo apėjimo diodų veikimas. „Cree's GaN HEMT“ apėjimo modulis sutrumpino atvirkštinio atkūrimo laiką iki 10 n ir gali atlaikyti 1000 V atvirkštinę įtampą, todėl jis tinka intelektualiam stygų optimizavimui didelėse antžeminėse elektrinėse.

3, Apsauga nuo viršįtampio: greitai reaguoja į trumpalaikius smūgius
Energijos kaupimo sistemos yra linkusios į trumpalaikį viršįtampą perjungiant / išjungiant tinklą, žaibo smūgius ir kitus scenarijus. TVS (Transient Voltage Suppression) diodai užfiksuoja įtampą iki saugaus diapazono su milisekundžių atsako greičiu. Pagrindiniai parametrai apima:

Atbulinės eigos gedimo įtampa (Vbr): turi būti 10–20 % didesnė už maksimalią sistemos darbinę įtampą
Didžiausia impulsų galia (ppm): nustato atsparumo viršįtampiams galimybę
Apkabos įtampa (Vc): atspindi tikrąjį apsaugos efektą
Taikymo pavyzdys: „Tesla Powerwall“ energijos kaupimo sistema naudoja SMBJ15CA TVS diodą iš „Dongwo Electronics“ su Pppm=600W ir Vc=18V, kurie gali veiksmingai slopinti 24 V viršįtampią 12 V sistemoje. Atliekant UL9540A terminio pabėgimo testą, šis sprendimas sumažino akumuliatoriaus modulio paviršiaus temperatūros kilimą 42%.

4, terminis pabėgimo slopinimas: paskutinė sistemos saugumo gynybos linija
Ličio{0}}jonų baterijų energijos kaupimo sistemose diodai ir BMS (baterijos valdymo sistema) veikia kartu, kad sudarytų trijų-pakopų apsaugą nuo šiluminio nutekėjimo:

Pirmojo lygio apsauga: kai temperatūros jutiklis aptinka anomaliją, BMS atjungia įkrovimo grandinę per MOSFET
Antrinė apsauga: jei MOSFET sugenda, TVS diodas įjungia saugiklio mechanizmą
Trečiojo lygio apsauga: jungtis tarp apsauginio vožtuvo ir aerozolinio gaisro gesinimo sistemos
Duomenų palaikymas: „Ningde Times“ energijos kaupimo akumuliatoriaus modulio bandymai rodo, kad sudėtinė SiC MOSFET+TVS diodo apsaugos schema gali sumažinti šiluminio pabėgimo sklidimo greitį nuo 0,5 m/s iki 0,02 m/s ir siekti, kad priešgaisrinės sistemos atsako laikas būtų daugiau nei 10 kartų didesnis.

5, sistemos lygio optimizavimas: naujovės nuo komponentų iki architektūros
Integruotas dizainas: „Huawei Digital Energy“ pristatyta „SmartLi 3.0“ energijos kaupimo sistema į BMS valdymo bloką integruoja priešpriešinio įkrovimo diodus, saugiklius ir kontaktorius, sumažindama garsumą 35%, o gedimų dažnį – 60%.
Išmani diagnostikos technologija: Sunac Power PowerStack energijos kaupimo sistema naudoja dirbtinio intelekto algoritmus diodų nuotėkio srovės pokyčiams analizuoti, o tai gali numatyti terminio pabėgimo riziką prieš 48 valandas, kai klaidingo pavojaus dažnis yra mažesnis nei 0,1%.
Skysčio aušinimo temperatūros valdymo koordinavimas: BYD Cube energijos kaupimo sistema naudoja aušinimo skysčiu technologiją, kuri stabilizuoja diodo darbinę temperatūrą žemiau 45 laipsnių ir sumažina atvirkštinę nuotėkio srovę 78%, palyginti su oro aušinimo schema.
6, Standartai ir sertifikavimas: kiekybinis saugumo užtikrinimas
Tarptautiniai pagrindiniai saugos standartai turi aiškius reikalavimus diodams:

UL 9540: reikalaujama, kad energijos kaupimo sistemos išlaikytų izoliaciją 1,5 karto didesne už vardinę atvirkštinę įtampą
IEC 62619: TVS diodai turi išlaikyti 8/20 μs bangos formos ir 5 kA viršįtampio testą
GB/T 36547: Reikalavimai priešpriešinio įkrovimo diodo tiesioginiam įtampos kritimo nuokrypiui Mažiau arba lygus 5 %
Sertifikavimo praktika: LG New Energy ESS energijos kaupimo sistema išlaikė UL9540A sertifikatą. Jame naudojami „Infineon“ 1200 V IGBT moduliai su įtaisytaisiais -TVS diodais, kad per 10 sekundžių sutvirtintų viršįtampą nuo 1200 V iki 800 V.