Vai diodes kļūme izraisīs enerģijas uzglabāšanas sistēmas efektivitātes samazināšanos?

一, Diodes atteices režīms un efektivitātes zuduma mehānisms
1. Reversās atkopšanas raksturlielumu pasliktināšanās
Augstas-frekvences pārslēgšanas scenārijos, piemēram, IGBT moduļu pretparalēlas brīvgaitas diodes enerģijas uzglabāšanas pārveidotājos PCS, diodes reversais atkopšanas laiks (Trr) un atkopšanas lādiņš (Qrr) ir galvenie parametri, kas nosaka efektivitāti. Ja Trr ir pārāk garš vai Qrr ir pārāk liels, izslēgšanas procesa laikā diode veidos ievērojamu "ases strāvu", izraisot šādas problēmas:

Pēkšņs slēdžu zudumu pieaugums: par katru 10 n Trr palielinājumu, slēdža zudumi var palielināties par 5–8%. Piemēram, noteiktā fotoelektriskā invertora gadījumā pēc Trr pasliktināšanās no 35ns līdz 80ns sistēmas efektivitāte samazinājās par 3,7% un MOSFET temperatūras paaugstināšanās palielinājās par 15 grādiem.
Sprieguma lēcieni un EMI traucējumi: neparasti QRr var izraisīt apgrieztus maiņstrāvas sprieguma pieaugumu (piemēram, pēkšņu pieaugumu no 1000 V līdz 1200 V), radot izolācijas pārrāvuma risku un palielinot elektromagnētisko traucējumu (EMI) filtrēšanas izmaksas.
2. Termiskā noplūde un parametru novirze
Ja diodes savienojuma temperatūra (Tj) pārsniedz nominālo vērtību (piemēram, 150 grādi), tiks aktivizēts šāds apburtais cikls:

Noplūdes strāvas pārspriegums: augstā temperatūrā apgrieztā noplūdes strāva (IR) var palielināties no 10 μA līdz 100 μA, kā rezultātā statiskās enerģijas patēriņš palielinās desmitkārtīgi.
Parametru pasliktināšanās: tiešā sprieguma kritums (VF) palielinās līdz ar temperatūru (piemēram, no 0,8 V līdz 1,2 V), tieši samazinot vadītspējas efektivitāti. Vanādija plūsmas akumulatora enerģijas uzglabāšanas sistēmas gadījuma izpēte parāda, ka, elektrolīta temperatūrai paaugstinoties no 25 grādiem līdz 45 grādiem, diode VF palielinās par 0,3 V un sistēmas uzlādes un izlādes efektivitāte samazinās par 2,1%.
3. Iepakojuma kļūme un kontakta kļūme
Iepakojuma defekti (piemēram, TO-220 tapu oksidēšana, plastmasas iepakojuma mitruma absorbcija) var izraisīt:

Termiskās pretestības palielināšanās: Slikts kontakts izraisa termiskās pretestības (R θ JA) palielināšanos no 2 grādiem /W līdz 5 grādiem /W, paātrinot termisko noplūdi.
Mehāniskie spriedzes bojājumi: vibrācijas vidē palielinās tapu pārrāvuma risks. Vēja enerģijas pārveidotāja gadījumā 10% diodes tapu bija mikroplaisas transportēšanas vibrācijas dēļ, un atteices līmenis palielinājās pēc 3 darbības mēnešiem.
2, efektivitātes zuduma analīze tipiskos scenārijos
1. Diodes kļūme enerģijas uzkrāšanas pārveidotājā (PCS)
Divvirzienu līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājos pretparalēlas brīvgaitas diodes kļūme var izraisīt:

Intermitējoša strāva: ja ir atvērtas ķēdes bojājums, induktora strāva nevar turpināt plūst, moduļa kondensatora spriegums (Uac) turpina samazināties, un sistēmas izejas jauda samazinās par 30% -50%.
Tilta sviras tiešais savienojums: īssavienojuma bojājuma gadījumā IGBT izdeg pārstrāvas dēļ. Enerģijas uzkrāšanas spēkstacijas gadījumā vienas diodes īssavienojums izraisīja PCS uzturēšanas izmaksas, kas pārsniedza 500 000 juaņas.
2. Diodes darbības traucējumi akumulatora pārvaldības sistēmā (BMS)
Balansēšanas ķēdē diodes tiek izmantotas, lai novērstu akumulatora pārlādēšanu, un to darbības traucējumi var izraisīt:

Līdzsvara kļūme: atvērtas ķēdes kļūme izraisīja viena akumulatora sprieguma nelīdzsvarotību. Litija akumulatora enerģijas uzglabāšanas sistēmas gadījumā diodes atvērtas ķēdes dēļ noteikta baterija tika pārlādēta līdz 4,5 V (4,2 V), izraisot termisku aizbēgšanu.
Reversā noplūde: īssavienojuma kļūdas palielina akumulatora pašizlādes ātrumu, kā rezultātā sistēmas gaidstāves zudumi palielinās par 20–30%.
3. Diodes bojājums papildu barošanas avotā
Līdzstrāvas/līdzstrāvas papildu barošanas blokā diodes tiek izmantotas, lai nodrošinātu barošanu vadības ķēdēm, un to darbības traucējumi var izraisīt:

Vadības nestabilitāte: atvērtas ķēdes kļūme var izraisīt BMS vai PCS vadības paneļa strāvas zudumu, palielinot sistēmas izslēgšanas risku. Enerģijas uzkrāšanas spēkstacijas gadījuma izpētē, pateicoties atvērtai ķēdei papildu barošanas diodē, visa PCS sistēma vienlaikus tika izslēgta, kā rezultātā radās tīkla frekvences regulēšanas kļūme.
Efektivitātes lēciens: īssavienojuma kļūmes dēļ papildu barošanas avota efektivitāte samazinājās no 90% līdz 70%, kā rezultātā sistēmas pašpatēriņš palielinājās divas reizes.
3, efektivitātes optimizācijas stratēģija un tehniskā prakse
1. Dinamiskā uzraudzība un veselības pārvaldība
Tiešsaistes parametru uzraudzība: tveriet VF, IR, Trr un citus parametrus, izmantojot osciloskopu, un iestatiet sliekšņa trauksmes signālus (piemēram, trauksmes aktivizēšanu, kad VF palielinās par 10%).
Infrasarkanā termogrāfija: regulāri uzraugiet diožu savienojuma temperatūru, lai nodrošinātu, ka Tj ir mazāks par vai vienāds ar 125 grādiem (silīcija ierīcēm) vai Tj ir mazāks vai vienāds ar 175 grādiem (SiC ierīcēm).
Uz datiem balstīta apkope: izveidojiet kļūdu datu bāzi un prognozējiet atlikušo kalpošanas laiku (RUL), izmantojot mašīnmācīšanos. Enerģijas uzglabāšanas spēkstacijas gadījuma izpētē šī stratēģija samazināja neplānotu dīkstāvi par 40%.
2. Sistēmas līmeņa optimizācijas projektēšana
Topoloģijas uzlabošana: sinhronās rektifikācijas tehnoloģijas pieņemšana tradicionālo diožu vietā var palielināt efektivitāti par 2% -3%. Piemēram, 48 V sakaru barošanas avota gadījumā sinhronā taisnošana palielināja efektivitāti no 92% līdz 95%.
Sadarbība siltuma pārvaldības jomā: šķidruma dzesēšanas sistēmas apvienošana ar optimizētu diožu izkārtojumu. Megavatu līmeņa enerģijas uzkrāšanas spēkstacijas gadījuma izpētē šis risinājums samazināja PCS temperatūras pieaugumu par 10 grādiem un palielināja efektivitāti par 0,8%.
Redundances dizains: atslēgas ķēdē tiek izmantotas paralēlas diodes. Atomelektrostacijas enerģijas uzglabāšanas sistēmas gadījuma izpētē dublēšanas projekts sasniedza sistēmas pieejamību 99,999%.