Kakšna je zaščitna funkcija diod v vzporednih baterijskih sklopih mikromrež?

一, Tehnični princip: Izdelava zaščitne pregrade z enosmerno prevodnostjo
Glavna značilnost diode je njena enosmerna prevodnost - omogoča samo tok toka od anode do katode in kaže stanje visokega upora, ko je obrnjena. To funkcijo je mogoče preoblikovati v dvojni zaščitni mehanizem v mikromrežnih vzporednih baterijskih paketih:

1. Blokiranje povratnega toka: preprečuje povratni tok energije
Ko veja v vzporednem akumulatorskem paketu doživi padec napetosti zaradi napake (kot je kratek stik baterije) ali nezadostne osvetlitve, lahko tok iz drugih normalnih vej steče nazaj v okvarjeno vejo po poti nizkega upora in tvori "povratni tok energije". Na tej točki se diode, povezane vzporedno na obeh koncih okvarjene veje, prekinejo zaradi povratne prednapetosti in blokirajo pretok toka. Na primer, v vzporednem sistemu fotonapetostnih celic, če je določena celica blokirana in se izhodna napetost zmanjša, bo obvodna dioda, povezana vzporedno, takoj prevedla, kratko{2}}sklenila okvarjeno vejo in preprečila, da bi normalna celica dovajala napajanje okvarjeni celici v obratni smeri, s čimer prepreči lokalno pregrevanje, ki ga povzroča učinek vroče točke.

2. Napetostna sponka: stabilizira sistemsko napetost
Napredni padec napetosti diod (približno 0,6 V za silicijeve diode in približno 0,4 V za Schottkyjeve diode) se lahko uporabi kot naravna referenčna točka napetosti. V vzporednem baterijskem paketu je mogoče sestaviti stopenjsko napetostno vezje s serijsko povezavo več diod. Na primer, projekt mikromreže uporablja tri silicijeve diode v seriji za oblikovanje fiksnega padca napetosti 1,8 V. Ko napetost določene veje preseže to vrednost, dioda vodi in odvaja presežno napetost v maso, s čimer ščiti obremenitev hrbtne strani pred vplivom prenapetosti.

2, Scenarij uporabe: pokrivanje zahtev za zaščito celotnega življenjskega cikla
Zaščitna funkcija diod poteka skozi faze načrtovanja, delovanja in vzdrževanja vzporednih baterijskih paketov s posebnimi scenariji uporabe, vključno z:

1. Zaščita pred zamenjavo polaritete: preprečuje napake pri namestitvi
Ko je baterija prvotno priključena na mikroomrežje, lahko operater nehote povzroči zamenjavo pozitivnega in negativnega pola. Na tej točki se bo dioda (kot je 1N4007), ki je zaporedno povezana na koncu napajalnega vhoda, prekinila zaradi povratne prednapetosti, blokirala pretok toka in preprečila poškodbe baterijskega paketa ali zalednih naprav, ki jih povzroči povratni tok. Projekt porazdeljene proizvodnje električne energije je uporabil diode Schottky (padec napetosti 0,3 V) kot komponente za zaščito pred vzvratno povezavo, ki je uspešno prestregla več nesreč pri vzvratni povezavi, hkrati pa zagotovila nizke izgube.

2. Dušenje prehodne napetosti: Ukvarjanje z induktivno obremenitvijo
Ko vzporedni baterijski paketi poganjajo induktivne obremenitve, kot so motorji in releji, se ob izklopu obremenitve ustvari povratna elektromotorna sila na stotine ali celo tisoče voltov. Na tej točki bodo diode s prostim tekom (kot so diode za hitro obnovitev), vzporedno povezane na obeh koncih obremenitve, hitro prevedle, kar bo zagotovilo pot praznjenja za povratni tok in preprečilo, da bi visoki-napetostni konici prebili stikalno cev ali paket baterij. Določen projekt polnilne postaje za električna vozila uporablja SiC diode kot komponente prostega teka s povratnim časom obnovitve le 20 ns, kar učinkovito zavira napetostne sunke med zaustavitvijo zagona motorja.

3. Zmanjšanje neusklajenosti moči: optimizacija vzporedne učinkovitosti
Če se pri vzporednem baterijskem paketu zmogljivost razvejane baterije poslabša (kot je zmanjšana kapaciteta ali povečan notranji upor), bo njena izhodna napetost nižja od drugih vej, kar povzroči neenakomerno porazdelitev toka. Na tej točki lahko blokirna dioda, zaporedno povezana na vhodu v vejo, prepreči, da bi nizko{1}}napetostna veja postala "energetska črna luknja". Na primer, v določenem projektu fotovoltaičnega mikromreža so blokirne diode zaporedno povezane pred vsako vzporedno vejo. Ko je napetost veje nižja od sistemskega povprečja, se dioda izklopi, da se prepreči, da bi običajna veja dovajala napajanje v obratni smeri okvarjeni veji, s čimer se zmanjša izguba moči s 75 % na 10 %.

3, Strategija optimizacije: uravnoteženje uspešnosti in stroškov
Čeprav je zaščitna funkcija diod pomembna, je treba težave s padcem napetosti, porabo energije in vzporedno delitvijo toka še optimizirati. Naslednje strategije lahko povečajo učinkovitost zaščite:

1. Optimizacija izbire: Ujemanje aplikacijskih scenarijev
Scenarij nizkega padca napetosti: za zmanjšanje porabe energije uporabite diode Schottky (padec napetosti 0,4 V) ali diode iz silicijevega karbida (padec napetosti 0,2 V). Na primer, v paketu baterij 48 V lahko uporaba Schottky diod zmanjša izgubo padca napetosti z 0,7 V na 0,4 V in poveča učinkovitost za 0,6 %.
Visokofrekvenčni scenarij: uporabite diode za hitro obnovitev (čas povratne obnovitve 20–200 ns), da preprečite izgube pri preklapljanju. Po uporabi diod za hitro obnovitev v določenem projektu preklopnega napajanja se je povratna izguba obnovitve zmanjšala za 40 %.
Scenarij visokega toka: z uporabo diod iz silicijevega karbida lahko njihove karakteristike pozitivnega temperaturnega koeficienta dosežejo naravno delitev toka. Po vzporednem povezovanju več diod iz silicijevega karbida v visoko{1}}napetostnem projektu prenosa enosmernega toka se je napaka pri delitvi toka zmanjšala s 15 % na 5 %.
2. Topološka inovacija: sestavljena zaščitna shema
Dioda TVS+navadna dioda: V scenarijih zaščite pred strelo vzporedne diode za dušenje prehoda (TVS) absorbirajo prehodno visoko napetost, zaporedne navadne diode pa blokirajo stalni povratni tok. Po sprejetju te sheme v določenem projektu komunikacijske bazne postaje se je stopnja poškodb zaradi strele zmanjšala s 5 % na 0,2 %.
Inteligentni diodni modul: združuje diode in MOSFET-e za doseganje dinamične zaščite s krmilnimi signali. Po uporabi inteligentnih diodnih modulov v določenem projektu sistema za shranjevanje energije se je odzivni čas zmanjšal z mikrosekund na nanosekunde, učinkovitost zaščite pa je bila izboljšana za 90 %.
3. Toplotno upravljanje: izogibajte se toplotnemu pobegu
Poraba energije diode (P=IV) lahko povzroči lokalno pregrevanje in jo je treba optimizirati z zasnovo odvajanja toplote. Na primer, ko je vzporedno povezanih več diod, se za zagotovitev temperaturnega ravnovesja uporabi skupna zasnova hladilnega telesa. Projekt podatkovnega centra UPS je optimiziral pot odvajanja toplote, znižal temperaturo spoja diod s 150 stopinj na 120 stopinj in podaljšal življenjsko dobo za trikrat.