Vyžaduje výměna diod energetických zařízení rekonfiguraci BMS?

1, Funkční polohování a poruchový vliv diod v energetických systémech
(1) Základní funkce: Od základní ochrany po řízení na úrovni systému
Ochrana proti přepólování: Ve stejnosměrném systému diody zabraňují přepólování napájecího zdroje svými jednosměrnými vodivostními charakteristikami, a tím zabraňují vyhoření zařízení v důsledku zpětného proudu. Například projekt UPS v datovém centru utrpěl přímé poškození modulu usměrňovače během nesprávné činnosti v důsledku zkratu v antireverzní diodě, což vedlo ke ztrátě více než 500 000 juanů.
Řízení přenosu energie: U fotovoltaických měničů a motorových ovladačů tvoří diody usměrňovací můstky nebo obvody s volnoběhem, které zajišťují jednosměrný tok energie. Test projektu měniče větrné energie ukázal, že po zkratu diody se teplota přechodu sousedních energetických zařízení během 2 sekund zvýšila z 85 stupňů na 200 stupňů, což způsobilo tepelný únik řetězu.
Napěťová kleště a přepěťová ochrana: Diody TVS omezují přechodné přepětí prostřednictvím charakteristik lavinového průrazu, aby chránily výstupní obvod. V důsledku zkratu diody TVS v určitém projektu fotovoltaického pole se výstupní napětí komponent vyšplhalo na 1000 V (jmenovitých 600 V), což způsobilo rozsáhlé-selhání měniče.
(2) Způsoby poruch a důsledky na úrovni systému
Porucha zkratu: způsobující změnu proudové cesty, což má za následek místní přehřátí nebo selhání ochranných mechanismů. Například v určitém projektu střídače pro elektrické vozidlo byla v důsledku zkratu ve volnoběžné diodě zpětná elektromotorická síla motoru přímo aplikována na výkonové zařízení, což způsobilo explozi IGBT modulu během 100 μs.
Porucha přerušeného obvodu: způsobující přerušení přenosu energie nebo ztrátu ochranné funkce. Jistý projekt balančního obvodu akumulátoru energie způsobil přetížení a vyhoření ostatních diod v důsledku přerušeného obvodu jedné diody, což mělo za následek přebití akumulátoru.
Posun parametrů: Po dlouhodobém-provozu mohou změny parametrů, jako je pokles napětí v dopředném směru a doba zpětného zotavení diod, ovlivnit přesnost vzorkování napětí systému BMS. Například u projektu fotovoltaického střídače došlo k chybě vzorkování napětí 5 % v důsledku stárnutí diody, což spustilo falešné vypnutí ochrany.
2, Vazební vztah mezi konfigurací BMS a parametry diody
(1) Porovnání parametrů na úrovni hardwaru
Rozsah monitorování napětí: Napěťový vzorkovací obvod BMS musí pokrýt pokles napětí ve vedení diody (jako je Schottkyho dioda asi 0,3 V, dioda SiC asi 0,7 V). Pokud je nahrazena diodou s větším úbytkem napětí (jako je běžná křemíková dioda asi 1,2 V), může to způsobit, že BMS nesprávně vyhodnotí, že napětí baterie je příliš nízké.
Přesnost monitorování proudu: Úbytek napětí diody v propustném směru je lineárně úměrný proudu (Vf=Ir+V0). Při nahrazení diodami s různými vnitřními odpory se hodnota proudu vypočítaná BMS metodou poklesu napětí může lišit o více než 10 %, což ovlivní nastavení prahové hodnoty nadproudové ochrany.
Koeficient teplotní kompenzace: Úbytek napětí diody v propustném směru se mění s teplotou (typická hodnota -2 mV/stupeň). Pokud BMS není zkalibrován pro teplotní koeficient nové diody, může to mít za následek falešné hodnoty vzorkování vysokého napětí v prostředí s nízkou teplotou, což spustí ochranu proti přebití.
(2) Adaptace algoritmu na úrovni softwaru
Model odhadu SOC: Ampérhodinovou integrační metodu je třeba kombinovat s poklesem napětí diody, aby se korigovala hodnota proudu. Pokud se parametry modelu po výměně diody neaktualizují, chyba odhadu SOC se může rozšířit z ± 3 % na ± 8 %.
Strategie vyváženého řízení: Účinnost přenosu energie aktivních vyrovnávacích obvodů (jako jsou kapacitní a indukční) souvisí se ztrátou vodivosti diod. Při výměně za diodu s vysokým úbytkem vodivostního napětí se může doba vyvážení prodloužit o více než 30 %.
Práh diagnostiky závad: Práh přepěťové/podpěťové ochrany BMS je třeba resetovat podle upínacího napětí diody. Například upínací napětí původní TVS diody bylo 36V. Po výměně za 30V model je třeba snížit prahovou hodnotu ochrany z 38V na 32V.
3, Průmyslová praxe a požadavky na technickou specifikaci
(1) Jasné požadavky ve standardních specifikacích
IEC 62660-2: Po výměně klíčových součástí v systémech lithiových baterií je nutné znovu ověřit přesnost monitorování napětí (chyba menší nebo rovna ± 1 %), přesnost sledování proudu (chyba menší nebo rovna ± 2 %) a dobu odezvy ochrany (menší nebo rovna 10 ms) BMS.
UL 2580: Vyžaduje, aby BMS po výměně součásti prošel testem funkční bezpečnosti, včetně ověření spolehlivosti ochrany proti přebití/nadměrnému vybití, ochrany proti zkratu a varování před tepelným únikem.
GB/T 34013: Je specifikováno, že vzorkovací obvod BMS je třeba po údržbě bateriového systému znovu zkalibrovat, aby se zajistilo, že odchylka mezi údaji o napětí a teplotě a skutečnými hodnotami je menší nebo rovna ± 0,5 %.
(2) Shrnutí poučení z typických případů
Jistý projekt fotovoltaické elektrárny: Vzhledem k tomu, že se nepodařilo upravit prahovou hodnotu přepěťové ochrany BMS po výměně diody TVS, součástky překročily limit napětí při úderu blesku a nespustily ochranu, což vedlo k požáru a ztrátám přesahujícím 2 miliony juanů.
Jistý projekt elektrického vozidla: Během údržby byla vyměněna volnoběžná dioda s vyšším úbytkem napětí ve vedení, ale model výpočtu proudu BMS nebyl aktualizován, což vedlo k falešnému nárůstu zobrazení dojezdu o 15 %, což vedlo ke stížnostem uživatelů.
Projekt určitého systému akumulace energie: Po výměně antireverzní diody nebyla znovu testována funkce detekce polarity BMS, což vedlo k tomu, že zařízení při zpětném zapojení neodpojilo obvod a spálilo modul usměrňovače.
4, Rozhodovací rámec: Potřebujeme překonfigurovat BMS?
(1) Scénáře, které vyžadují rekonfiguraci
Parameter changes exceeding threshold: The forward voltage drop, reverse recovery time, leakage current and other parameters of the diode change beyond the BMS design tolerance (such as voltage drop changes>0.5V).
Změna funkčního umístění: Původní dioda byla použita pouze pro antireverzní zapojení a po výměně musí převzít funkci trvalého proudu nebo usměrnění.
Úprava topologie: Výměna diod vede ke změnám v topologii obvodu (např. přechod z můstkového usměrnění na synchronní).
Standardní požadavky na shodu: Projekt musí projít specifickými certifikacemi (např. UL, CE) a certifikační orgán vyžaduje opětovné ověření funkčnosti BMS.
(2) Scénáře, které jsou vyňaty z rekonfigurace
Náhrada stejného modelu: Nahraďte diodami stejné šarže a parametrů a BMS má vyhrazený redundantní design.
V rámci tolerance parametrů: Změny parametrů diod jsou v rozsahu tolerance návrhu BMS (jako je změna poklesu napětí<0.2V).
Výměna pouze při opravě: Porucha diody je způsobena špatným pájením nebo přerušenými vodiči a nezahrnuje změny parametrů součástek.
5, Návrh operace: Jak efektivně dokončit rekonfiguraci BMS?
(1) Kroky hardwarové kalibrace
Kalibrace vzorkování napětí: Pomocí vysoce přesného multimetru (přesnost větší nebo rovna 0,05 %) změřte pokles napětí ve vedení diody a aktualizujte hodnotu kompenzace vzorkovacího obvodu BMS.
Kalibrace vzorkování proudu: Zaveďte známý proud přes standardní zdroj proudu (přesnost větší nebo rovna 0,1 %) a upravte převodní koeficient proudu poklesu napětí BMS.
Kalibrace vzorkování teploty: Umístěte diodu do komory s konstantní teplotou (rozsah teplot -40 stupňů ~+85 stupňů), abyste ověřili odchylku mezi vzorkovací hodnotou teploty BMS a skutečnou hodnotou.
(2) Aktualizace softwarových parametrů
Korekce modelu SOC: Upravte počáteční hodnotu SOC a koeficient Coulombovy účinnosti metody integrace ampérhodin na základě charakteristiky poklesu napětí nové diody.
Optimalizace strategie vyvažování: Při výměně za aktivní vyvažovací diodu je třeba resetovat práh přenosu energie a dobu vyvažování.
Úprava prahu ochrany: Aktualizujte prahové hodnoty přepětí/podpětí a nadproudové ochrany na základě parametrů, jako je upínací napětí a ztráta vodivosti diody.
(3) Ověření funkčního testování
Statické testování: Ověřte, zda přesnost vzorkování napětí, proudu a teploty BMS splňuje standardní požadavky.
Dynamické testování: Simulujte chybové scénáře, jako je přebíjení, nadměrné vybíjení a zkraty, abyste otestovali dobu odezvy ochrany a provozní spolehlivost BMS.
Testování prostředí: Ověřte stabilitu BMS v prostředí s vysokou teplotou (85 stupňů), nízkou teplotou (-40 stupňů) a vysokou vlhkostí (90 % RH).