Која је заштитна функција диода у системима за складиштење енергије батерија?

1, Заштита од обрнутог пуњења: „једносмерна{1}}капија“ која блокира повратни ток енергије
У фотонапонским системима за складиштење енергије, соларни панели могу да испразне батерију обрнуто кроз коло за пуњење ноћу или у кишним данима због напона нижег од напона ДЦ магистрале. Ова врста повратног тока енергије не само да троши енергију батерије, већ такође може да изазове да се плоча батерије загреје или чак изгори. У овом тренутку, диода против обрнутог пуњења (као што је Шоткијева диода) повезана серијски у круг за пуњење формира физичку изолацију кроз своју једносмерну проводљивост: када је напон батерије већи од излазног напона плоче батерије, диода се аутоматски искључује, потпуно блокирајући пут обрнуте струје.

Узимајући за пример фотонапонску електрану од 20МВ, пад напона коришћене антиреверзне диоде за пуњење је само 0,3В, што је 60% ниже од традиционалних силицијумских диода. У условима дневног осветљења од 10 сати, може смањити губитак енергије за око 12000 кВх годишње. Што је још важније, диода одржава стабилне карактеристике у широком температурном опсегу од -40 степени до +150 степени, ефикасно се одупирући утицају екстремних окружења као што су пустиње и висоравни на перформансе уређаја.

2, Сузбијање пренапона: „чувар брзог одговора“ за пролазне ударе
Системи за складиштење енергије могу генерисати пролазне пренапоне од неколико стотина волти током пребацивања пражњења, кварова на мрежи или удара грома. ТВС (Трансиент Волтаге Суппрессион) диоде су постале преферирано решење за заштиту осетљивих уређаја као што су МОСФЕТ-ови и кондензатори у БМС-у (Баттери Манагемент Системс) због своје брзине одзива од пикосекунде. Када напон пређе свој напон пробоја, ТВС диода спроводи струју у року од 10 ⁻¹ ² секунди, чиме се пренапон смањује на безбедан ниво. Његова вршна импулсна снага може да достигне неколико киловата, што је довољно да се носи са таласним таласом од 8/20 μс специфицираним у стандарду ИЕЦ 61000-4-5.

У измереним подацима одређеног претварача за складиштење енергије (ПЦС), након конфигурисања ТВС диода, скок напона система током тестирања муње се смањио са 1200В на 58В, а успешност заштите је порасла на 99,97%. Вреди напоменути да нова генерација ТВС диода од силицијум карбида (СиЦ) смањује напон стезања за 30% и смањује запремину за 50%, пружајући боље решење за уређаје за складиштење енергије велике{6}}густине.

3, Заштита врућих тачака: "интелигентни разделник" за фотонапонске модуле
У великим фотонапонским низовима, локална опструкција или квар компоненти може изазвати "ефекат вруће тачке", узрокујући да температура заклоњених соларних ћелија порасте изнад 200 степени, што доводи до прегоревања разводне кутије или чак пожара. Бипасс диода је повезана антипаралелно на оба краја низа батерије да би се успоставио интелигентни механизам за шант: када је излазни напон компоненте нижи од напона других компоненти, бипасс диода аутоматски проводи, заобилазећи неисправну компоненту и осигуравајући укупну стабилност излазне снаге низа.

Шоткијеве диоде показују одличне перформансе у заштити од врућих тачака због своје јединствене металне полупроводничке структуре. Његов напон напредне проводљивости је само 0,15-0,3В, што је 50% ниже од оног код обичних диода, а ефективни шант се може формирати у тренутку провођења. Упоредни тест фотонапонске електране од 500кВ показао је да се након употребе Шоткијевих бајпас диода, стопа квара компоненти узрокованих термичким мрљама смањила са просечних 2,3% годишње на 0,07%, а производња електричне енергије у систему је порасла за 1,8%.

4, Оптимизација губитака прекидача: 'невидљива покретачка снага' за ефикасну конверзију енергије
У ДЦ/ДЦ претварачима и инверторима система за складиштење енергије, диоде за брзи опоравак (ФРД) значајно смањују губитке при пребацивању кроз своје карактеристике опоравка на нивоу наносекунде. Традиционалне силицијумске диоде генеришу струју обрнутих опоравка услед рекомбинације мањинских носилаца при преласку са проводљивости на искључење, што доводи до повећаног загревања прекидачке цеви. Оптимизацијом процеса допинга и структуре уређаја, диода за брзи опоравак може скратити време повратног опоравка на десетине наносекунди и повећати фреквенцију пребацивања на преко 100 кХз.

Узимајући за пример претварач за складиштење енергије од 1МВ, након усвајања диода за брзи опоравак, губици при пребацивању су смањени за 42%, а ефикасност система је повећана са 96,2% на 97,8%. У примени станица за пуњење електричних возила, ова технологија омогућава дневну уштеду енергије до 15кВх по станици, што је еквивалентно смањењу емисије ЦО2 за 12 тона годишње. Оно што је још вредније радовати се томе да су диоде од силицијум карбида (СиЦ) постигле комерцијалну примену, са реверзним пуњењем смањеним за 90% у поређењу са силицијумским уређајима, постављајући темеље за следећу генерацију ултра ефикасних уређаја за складиштење енергије.

5, Сарадња у више сценарија: изградња тродимензионалног заштитног система-
Савремени системи за складиштење енергије често захтевају више диода да раде заједно:

Круг за пуњење: комбинација диода против обрнутог пуњења + ТВС диода, истовремено постижући повратну изолацију и заштиту од пренапона
Управљање батеријама: Шотки диоде се користе за балансна кола, док диоде од силицијум карбида оптимизују ДЦ/ДЦ конверзију
Интеракција са мрежом: Диоде за брзи опоравак побољшавају ефикасност претварача, ТВС диоде осигуравају сигурност повезивања на мрежу
Случај дизајна система за складиштење енергије контејнерског типа показује да су кроз разуман избор и распоред, диодне компоненте продужиле МТБФ (средње време између кварова) система на 80000 сати, смањујући трошкове рада и одржавања за 35%. Са развојем уређаја за складиштење енергије ка високом напону и великом капацитету, тренд интеграције и модуларизације диода постаје све очигледнији. На пример, интегрисање ТВС-а и варистора у исти вишеслојни пакет чипова може додатно побољшати густину заштите и брзину одзива.