Kāds ir diožu termiskās aizsardzības efekts automašīnu enerģijas uzglabāšanas barošanas blokos?

一, Termiskās bēgšanas galvenais cēlonis: sarežģīta siltuma vide borta enerģijas uzglabāšanas barošanas avotam
Transportlīdzekļos uzstādīti enerģijas uzglabāšanas barošanas avoti (piemēram, strāvas akumulatoru bloki un superkondensatoru moduļi) darbības laikā saskaras ar vairākiem termiskiem izaicinājumiem:

Augsta jaudas blīvuma prasība: ātrās uzlādes režīmā akumulatora blokam ir jāpabeidz 80% uzlādes papildināšana 15 minūšu laikā ar momentānas jaudas blīvumu līdz 500 kW/m³, kā rezultātā vietējā temperatūra paaugstinās virs 10 grādiem/min.
Vides temperatūras svārstības: transportlīdzekļu darba temperatūras diapazons ir no -40 grādiem līdz 85 grādiem, un ārkārtējas temperatūras atšķirības pastiprina sastāvdaļu termisko spriegumu.
Elektrisko bojājumu superpozīcija: īssavienojums, pārlādēšana, apgrieztā strāva un citi traucējumi var izraisīt lokālus karstos punktus, un temperatūra var izlauzties cauri materiāla kušanas punktam milisekundēs.
Par piemēru ņemot Tesla Model 3 akumulatora moduli, tas izmanto 21 700 šūnu sērijas savienojuma shēmu ar vienas -režīmu grupas enerģijas blīvumu 250 Wh/kg. Ekstrēmos darbības apstākļos, ja termiskā vadība neizdodas, akumulatora elementa virsmas temperatūra 30 sekunžu laikā var paaugstināties no 25 grādiem līdz 300 grādiem, izraisot ķēdes reakciju. Šajā brīdī diodes kā pirmās termiskās aizsardzības barjeras veiktspēja tieši nosaka, vai sistēma var sasniegt aktīvu izolāciju termiskās bēgšanas sākumposmā.

2, Diožu termiskās aizsardzības mehānisms: inovācijas no materiāliem līdz konstrukcijām
1. Zems tiešā sprieguma kritums (VF) samazina siltuma zudumus
Tradicionālo silīcija{0}}diožu tiešā sprieguma kritums ir 0,6-0,7 V, kā rezultātā rodas 12–14 W siltuma zudumi pie 20 A strāvas. Šotkija diode izmanto metāla pusvadītāju savienojuma struktūru, un VF var būt pat 0,2–0,4 V. Piemēram, Šotkija diodes uztur 0,3 V VF augstā 150 grādu temperatūrā, kas ir par 57% zemāka nekā ierīcēm, kuru pamatā ir silīcija, un samazina siltuma zudumus par 68%. Pēc Schottky diožu izmantošanas BYD e6 līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājā konversijas efektivitāte palielinājās no 92% līdz 95%, un sistēmas temperatūras paaugstināšanās samazinājās par 8 grādiem.

2. Ātrais reversās atkopšanas laiks (Trr) nomāc slēdžu zudumus
Augstfrekvences{0}}pārslēgšanas barošanas avotos (piemēram, automašīnu lādētājos OBC) diodēm ātri jāpārslēdzas starp vadītspējas un izslēgšanas stāvokli. Tradicionālajām ātrās atkopšanas diodēm Trr ir 50-100 ns, savukārt trešās-paaudzes pusvadītāju materiāli, piemēram, SiC un GaN, var saīsināt Trr līdz 10 ns. Cree's GaN HEMT diode samazina reversās atkopšanas zudumus par 90%, salīdzinot ar silīcija{12}}ierīcēm ar pārslēgšanas frekvenci 1MHz, kā rezultātā OBC sistēmas efektivitāte pārsniedz 98%. NIO ET7 800 V augstsprieguma platformā GaN diožu izmantošana samazina uzlādes moduļa tilpumu par 40% un termisko blīvumu par 35%.

3. Transient Voltage Suppression (TVS) bloķē termiskā bēguma izplatīšanos
TVS diode nofiksē pārspriegumu drošā diapazonā ar reakcijas ātrumu milisekundē, novēršot akumulatora elementa pārkaršanu un kontroles zaudēšanu pārlādēšanas dēļ. SMBJ15CA TVS diode no Dongwo Electronics tiek izmantota Tesla Powerwall enerģijas uzglabāšanas sistēmā ar Pppm=600W un Vc=18V. Tas var nomākt 24 V pārsprieguma spriegumu līdz 18 V 10 μs laikā, samazinot akumulatora moduļa virsmas temperatūras paaugstināšanos par 42%. UL9540A termiskā izplūdes testā šis risinājums ieguva vairāk nekā 10 reižu lielāku ugunsdrošības sistēmas reakcijas laiku.

3, sistēmas līmeņa termiskā aizsardzība: diožu un citu komponentu kopīgs dizains
1. Kompozītmateriālu aizsardzība ar MOSFET
Tradicionālajai P-MOS antireverse shēmai ir tādas problēmas kā liela pretestība un nespēja bloķēt reverso strāvu. TI ideālais diodes kontrolleris LM74700-Q1 sasniedz 0,01 Ω pretestību un nanosekundes līmeņa reversās izslēgšanas ātrumu, integrējot N-MOS un vadības ķēdi. Ideal Car L9 48V zemsprieguma sistēmā šis risinājums samazina pretreversā savienojuma zudumus no 8W līdz 0,2W un sistēmas temperatūras paaugstināšanos no 15 grādiem līdz 2 grādiem, pilnībā novēršot termiskās atteices risku aukstās palaišanas laikā.

2. Slēgta kontūra vadība ar temperatūras sensoru
CATL akumulatora modulis CTP3.0 izmanto slēgtas cilpas dizainu "diode+NTC temperatūras sensors". Kad akumulatora elementa temperatūra pārsniedz 55 grādus, sistēma automātiski izslēdz diodes vadības signālu un piespiež to siltuma izkliedes režīmā; Ja temperatūra turpina paaugstināties līdz 70 grādiem, tiks iedarbināts TVS diodes kausēšanas mehānisms, lai panāktu fizisku izolāciju. Faktiskajā GAC AiON LX testēšanā šī shēma samazināja termiskās bēgšanas izplatīšanās ātrumu no 0,5 m/s līdz 0,02 m/s.

3. Termiskās elektriskās sakabes optimizācija ar šķidruma dzesēšanas sistēmu
BYD Cube enerģijas uzglabāšanas sistēmā tiek izmantota šķidruma dzesēšanas tehnoloģija, lai stabilizētu diodes darba temperatūru zem 45 grādiem, samazinot reversās noplūdes strāvu par 78%, salīdzinot ar gaisa-dzesēšanas šķīdumu. Tajā pašā laikā sistēma dinamiski pielāgo dzesēšanas šķidruma plūsmas ātrumu, pamatojoties uz diodes VF Tj līkni. Huawei Digital Energy PowerStack enerģijas uzkrāšanas sistēmā šis dizains pagarina diodes kalpošanas laiku no 10 gadiem līdz 15 gadiem un samazina termiskās atteices iespējamību līdz 0,01% gadā.