Kakav je učinak termalne zaštite dioda u izvorima napajanja automobila za skladištenje energije?

一, Osnovni uzrok toplotnog bijega: složeno termalno okruženje ugrađenog napajanja za skladištenje energije
Izvori energije za skladištenje energije montirani u vozilu (kao što su baterije za napajanje i moduli superkondenzatora) suočavaju se s višestrukim termalnim izazovima tokom rada:

Zahtjev za visoku gustinu snage: U načinu brzog punjenja, baterija treba dopuniti 80% punjenja u roku od 15 minuta, sa trenutnom gustinom snage do 500kW/m³, što rezultira lokalnim porastom temperature preko 10 stepeni/min.
Fluktuacije temperature okoline: Opseg radne temperature vozila je -40 stepeni do 85 stepeni, a ekstremne temperaturne razlike pogoršavaju termički stres na komponentama.
Superpozicija električnog kvara: Kratki spoj, prekomjerno punjenje, obrnuta struja i drugi kvarovi mogu uzrokovati lokalne žarišne tačke, a temperatura može probiti tačku topljenja materijala unutar milisekundi.
Uzimajući kao primjer baterijski modul Tesla Model 3, on usvaja šemu povezivanja serije 21700 ćelija, sa gustinom energije grupe za jedan-mod od 250Wh/kg. U ekstremnim radnim uslovima, ako upravljanje toplotom ne uspe, temperatura površine baterije može porasti sa 25 stepeni na 300 stepeni u roku od 30 sekundi, izazivajući lančanu reakciju toplotnog bekstva. U ovom trenutku, performanse diode kao prve termičke zaštitne barijere direktno određuju da li sistem može postići aktivnu izolaciju u ranim fazama termičkog bijega.

2, Termički zaštitni mehanizam dioda: inovacija od materijala do struktura
1. Nizak pad napona naprijed (VF) smanjuje gubitak topline
Pad napona tradicionalnih silikonskih{0}}dioda je 0,6-0,7V, što rezultira gubitkom topline od 12-14W pri struji od 20A. Schottky dioda ima metalnu poluprovodničku spojnu strukturu, a VF može biti samo 0,2-0,4 V™ Na primjer, Schottky diode održavaju VF od 0,3 V na visokoj temperaturi od 150 stupnjeva, što je 57% niže od uređaja na bazi silicija i smanjuje gubitak topline za 68%. Nakon upotrebe Schottky dioda u DC/DC pretvaraču BYD e6, efikasnost konverzije je porasla sa 92% na 95%, a porast temperature sistema je smanjen za 8 stepeni.

2. Brzo vrijeme povratnog oporavka (Trr) potiskuje gubitke prekidača
U visoko-isključnim izvorima napajanja (kao što su auto punjači OBC), diode moraju brzo prelaziti između stanja provodljivosti i stanja prekida. Tradicionalne diode za brzi oporavak imaju Trr od 50-100ns, dok poluvodički materijali treće-generacije kao što su SiC i GaN mogu skratiti Trr na unutar 10ns. Cree-ova GaN HEMT dioda smanjuje gubitak pri povratnom oporavku za 90% u poređenju sa uređajima baziranim na silikonu{12}}na frekvenciji prebacivanja od 1MHz, što rezultira efikasnošću OBC sistema većom od 98%. U 800V visokonaponskoj platformi NIO ET7, upotreba GaN dioda smanjuje volumen modula za punjenje za 40%, a termičku gustinu za 35%.

3. Prigušivanje prelaznog napona (TVS) blokira širenje toplotnog bekstva
TVS dioda učvršćuje prenapon u sigurnom rasponu brzinom odziva u milisekundi, sprječavajući pregrijavanje ćelije baterije i gubitak kontrole zbog prekomjernog punjenja. SMBJ15CA TVS dioda iz Dongwo Electronics-a se primjenjuje u Tesla Powerwall sistemu za pohranu energije, sa Pppm=600W i Vc=18V. Može potisnuti udarni napon od 24V do 18V unutar 10 μs, smanjujući porast površinske temperature baterijskog modula za 42%. U UL9540A termičkom testu, ovo rješenje je dobilo više od 10 puta više vremena odziva za sistem zaštite od požara.

3, Termička zaštita na nivou sistema: zajednički dizajn dioda i drugih komponenti
1. Kompozitna zaštita sa MOSFET-om
Tradicionalna P-MOS anti-reverzna šema ima probleme kao što su visoki otpor i nemogućnost blokiranja reverzne struje. TI-jev LM74700-Q1 idealan diodni kontroler postiže 0,01 Ω na otporu i nanosekundnu brzinu obrnutog isključivanja integracijom N-MOS-a i upravljačkog kola. U 48V niskonaponskom sistemu Ideal Car L9, ovo rešenje smanjuje gubitak veze protiv obrnutog kretanja sa 8W na 0,2W, i porast temperature sistema sa 15 stepeni na 2 stepena, potpuno rešavajući rizik od termičkog kvara tokom hladnog starta.

2. Kontrola zatvorene petlje sa senzorom temperature
CTP3.0 baterijski modul CATL-a usvaja dizajn-zatvorene petlje "dioda+NTC senzor temperature". Kada temperatura ćelije baterije pređe 55 stepeni, sistem automatski prekida signal kontrole diode i prisiljava ga u režim disipacije toplote; Ako temperatura nastavi da raste do 70 stepeni, aktiviraće se mehanizam za topljenje TVS dioda kako bi se postigla fizička izolacija. U stvarnom testiranju GAC AiON LX-a, ova šema je smanjila brzinu širenja toplotnog bijega sa 0,5 m/s na 0,02 m/s.

3. Optimizacija termičke električne spojnice sa sistemom za hlađenje tečnosti
BYD Cube sistem za pohranu energije koristi tehnologiju hlađenja tekućinom kako bi stabilizirao radnu temperaturu diode ispod 45 stepeni, smanjujući obrnutu struju curenja za 78% u poređenju sa rješenjem hlađenim zrakom{2}}. Istovremeno, sistem dinamički prilagođava protok rashladne tečnosti na osnovu diodne VF Tj krive. U Huawei Digital Energy PowerStack sistemu za skladištenje energije, ovaj dizajn produžava životni vek diode sa 10 na 15 godina i smanjuje verovatnoću termičkog kvara na 0,01% godišnje.