Koje su uobičajene primjene dioda u kućnim sustavima za pohranu energije?

1, Zaštita od obrnute veze: izgradnja prve linije obrane za sigurnost sustava
Sučelje za punjenje kućnog sustava za pohranu energije mora biti kompatibilno s više izvora napajanja (kao što su solarni fotonaponski paneli, mrežni stupovi za punjenje). Ako korisnik slučajno promijeni polaritet napajanja, to može uzrokovati pregorevanje ključnih komponenti kao što su sustav upravljanja baterijom (BMS) i pretvarač. Tradicionalna shema protiv obrnutog povezivanja koristi mehaničke releje ili MOS tranzistore, ali ima nedostatke kao što su mala brzina odziva, visoka cijena i niska pouzdanost. Schottky diode, sa svojim ultra-niskim padom napona prema naprijed (Vf) od 0,2-0,5 V i brzinom odziva u nanosekundama, postale su preferirana komponenta za zaštitu od povrata.

Uzimajući određenu marku naslaganog sustava za pohranu energije kao primjer, njegov krug punjenja koristi MBR1045CT Schottky diodu (Vf=0.3V, IFSM=100A). Na putu punjenja baterije od 5,12 kWh, čak i ako je ulazni napon obrnut, dioda se može brzo prekinuti, ograničavajući povratnu struju na mikroampere. U isto vrijeme, karakteristike niskog gubitka vodljivosti rezultiraju gubitkom učinkovitosti od samo 0,6% tijekom normalnog punjenja sustava. Osim toga, neki vrhunski-sustavi usvajaju kompozitnu shemu "dioda+MOS cijev" kako bi postigli nisko{10}}naponsko stanje mirovanja uz sprječavanje obrnute veze, dodatno optimizirajući energetsku učinkovitost.

2, Ispravljanje i stabilizacija napona: postizanje učinkovite pretvorbe oblika energije
Jedna od temeljnih funkcija sustava za pohranu energije u kućanstvu je pretvaranje izmjenične struje (AC) u istosmjernu (DC) i njezino pohranjivanje u bateriju, te pretvaranje istosmjerne u izmjeničnu struju za kućna opterećenja tijekom pražnjenja. Tijekom ovog procesa, ispravljačka dioda i dioda regulatora napona rade zajedno kako bi osigurale učinkovitost i stabilnost pretvorbe energije.

Ispravljački krug: U ulaznom stupnju fotonaponskog pretvarača, punovalni ispravljački krug koristi četiri ispravljačke diode 1N4007 (podnosivi napon 1000 V, nazivna struja 1 A) za pretvaranje pulsirajućeg istosmjernog izlaza iz fotonaponske ploče u glatki istosmjerni, osiguravajući stabilan ulaz za sljedeći DC-DC krug pojačanja. Eksperimentalni podaci pokazuju da pretvarač koji koristi ovu shemu može postići učinkovitost ispravljanja od 98,5% kada radi pri punom opterećenju, što je 1,2% više od tradicionalnih mosnih ispravljačkih krugova.
Krug regulatora napona: U modulu za nadzor napona BMS-a, jednostavan krug regulatora napona formira se povezivanjem Zener diode (kao što je tip 2CW13, s vrijednošću regulatora napona od 6 V) u seriju s otpornikom za ograničavanje struje. Kada napon baterije varira zbog prekomjernog punjenja ili porasta temperature, Zener dioda se brzo pokvari i provodi, stežući napon unutar sigurnog raspona i štiteći nizvodni ADC krug uzorkovanja od udara visokog napona. Određeni eksperiment pokazuje da ova shema može smanjiti pogrešku uzorkovanja napona BMS-a s ± 0,5% na ± 0,1%, značajno poboljšavajući točnost procjene SOC baterije.
3, Kontinuirani protok i povrat energije: optimiziranje upravljanja energijom induktivnih opterećenja
Induktivna opterećenja (kao što su zavojnice releja, motori, solenoidni ventili itd.) naširoko su prisutna u sustavima za pohranu energije u kućanstvima, a povratna elektromotorna sila koja se stvara kada su isključeni može oštetiti sklopne komponente. Dioda slobodnog hoda osigurava put oslobađanja energije za induktivna opterećenja, učinkovito potiskujući vršnu elektromotornu silu i postižući povrat energije.

Uzimajući za primjer pogonski krug elektromagnetske brave određene marke pametne brave za vrata, koristi se 1N5819WS Schottky dioda (Vf=0.3V, Trr=10ns) spojena paralelno na oba kraja elektromagnetske brave. Kada je brava na vratima isključena, dioda osigurava slobodni krug za zaostalu struju u zavojnici, potiskujući vršnu povratnu elektromotornu silu sa 120 V na ispod 40 V, štiteći pogonski MOS tranzistor od kvara. Osim toga, u krugu BOOST fotonaponskog pretvarača, dioda slobodnog hoda (kao što je MBR20100CT, Vf=0.25V) osigurava put oslobađanja za induktivno pohranjivanje energije tijekom razdoblja isključenja preklopne cijevi, povećavajući učinkovitost pretvorbe kruga s 92% na 95%.

4, Logička kontrola i izolacija signala: povećanje razine inteligencije sustava
S razvojem inteligentnih i umreženih kućnih sustava za pohranu energije, uloga dioda u logičkom upravljanju i izolaciji signala postaje sve istaknutija.

Logičko upravljanje: U uravnoteženom upravljačkom krugu BMS-a, diode mogu konstruirati jednostavnu logiku "I vrata". Na primjer, kada je napon više baterijskih ćelija viši od postavljenog praga, odgovarajuća dioda provodi, pokrećući početak kruga za uravnoteženje kako bi se izbjegao rizik od prekomjernog punjenja. Prema eksperimentalnim podacima, vrijeme odziva kruga za izjednačavanje pomoću diodne logike smanjeno je za 80% u usporedbi s MCU upravljačkom shemom i nije potrebno programiranje softvera, što značajno poboljšava pouzdanost.
Izolacija signala: U komunikacijskom sučelju sustava za pohranu energije (kao što je CAN sabirnica, RS485), diode mogu postići izolaciju između digitalnih signala i analognih signala. Na primjer, u RS485 komunikacijskom krugu fotonaponskog pretvarača, 1N4148 preklopna dioda (Trr=4ns) izolira pozitivne i negativne priključke diferencijalnog signala kako bi spriječila smetnje u uobičajenom načinu rada, smanjujući stopu pogreške u komunikaciji s 10 ⁻ ³ na 10 ⁻, osiguravajući stabilnu razmjenu podataka između sustava i platforme za nadzor oblaka.