Выбор высокой надежности и применение MLCC для хранения фотоэлектрической энергии – выбор механизма отказа на основе сценария

Выбор и применение высоконадежных MLCC для хранения фотоэлектрической энергии — механизм отказа, выбор на основе сценариев, проектирование защиты и руководство по внедрению для условий эксплуатации с длительным сроком службы 25 лет

Компания: Dongguan Musen Leyton Electronic Technology Co., Ltd.

Фотоэлектрические MLCC, накопители энергии MLCC, инверторные конденсаторы, конденсаторы PCS, конденсаторы фотоэлектрических BMS, высоковольтные MLCC, конденсаторы с длительным сроком службы 25 лет, коррозионно-стойкие конденсаторы для наружного применения, защита от солевого тумана MLCC

Му Сен Введение

Благодаря глобальной стратегии двойного углерода, производство фотоэлектрической энергии и электрохимическое хранение энергии стали ключевыми элементами новой энергосистемы. Установленная мощность основного оборудования, такого как струнные инверторы, центральные инверторы, системы хранения энергии PCS, системы управления батареями BMS и объединительные коробки, продолжает быстро расти. Фотоэлектрическое оборудование для хранения энергии обычно используется в суровых условиях, таких как дикая местность, пляжи Гоби, прибрежные электростанции, плато и горные районы, сталкиваясь с множеством проблем с надежностью, включая широкий диапазон температур от -40 ℃ до 85 ℃, долговременное смещение высокого напряжения постоянного тока, коррозию сульфидейшн в соляном тумане, песчаную пыль и влажность, грозовые перенапряжения, непрерывную вибрацию вентилятора и сверхдлительный срок службы 25 лет.

Надежность MLCC, являющегося базовым пассивным компонентом с наибольшим потреблением в фотоэлектрическом накопителе энергии, охватывающим все силовые и сигнальные цепи, напрямую определяет срок службы, эффективность выработки электроэнергии, а также стоимость эксплуатации и технического обслуживания электростанции. В отрасли широко распространены когнитивные отклонения при выборе: в большом количестве решений используются обычные конденсаторы X7R промышленного класса, игнорируя специфичные для фотоэлектрических систем проблемы, такие как старение под высоким напряжением, коррозия на открытом воздухе, широкий диапазон температурных циклов и длительный срок службы, что приводит к концентрированным сбоям, таким как затухание емкости, чрезмерная пульсация, дрейф выборки, коррозия, размыкание цепи и импульсный пробой через 3–5 лет после ввода оборудования в эксплуатацию, что значительно увеличивает затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание электростанции и даже приводит к несчастным случаям. например, полный машинный пожар.

В этом информационном документе основное внимание уделяется полносценарным применениям фотоэлектрических накопителей энергии, глубоко разбираются шесть исключительных механизмов отказа, предоставляются стандартизированные решения по выбору для четырех основных видов оборудования: инверторы, накопители энергии PCS, BMS и объединительные коробки, поддерживаются полные проектные спецификации для защиты от высокого напряжения, защиты окружающей среды и структурной защиты, а также устанавливается 25-летняя долговечная система проектирования надежности MLCC в сочетании с реальными случаями устранения неисправностей электростанций и реализуемыми контрольными списками выбора, помогая предприятиям по хранению фотоэлектрической энергии повысить надежность оборудования и снизить затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание полного жизненного цикла, а также эффективно завершить внутреннюю замену основных компонентов.

1. Семь фатальных заблуждений при выборе фотоэлектрического накопителя энергии MLCC

1.1 Основные причины отказов на поздних стадиях на 90% электростанций

1. Заблуждение 1: достаточно выдержать соответствие напряжению, игнорируя затухание емкости смещения постоянного тока.
   Правда: Обычные конденсаторы X7R, используемые в высоковольтных шинах, могут иметь затухание емкости от 30% до 50% при номинальном смещении напряжения 80%, что приводит к значительному снижению фактической емкости фильтрации и накопления энергии, что приводит к чрезмерным пульсациям и снижению эффективности. Длительное старение еще больше усугубляет ослабление, и отказ может произойти через 3–5 лет.
2. Заблуждение 2: Наружное оборудование имеет защиту корпуса, поэтому коррозионностойкие конденсаторы не нужны
   Правда: прибрежные соляные брызги, промышленный сульфидный газ и пыль пустынного песка попадут в оборудование через зазоры для отвода тепла и прилипнут к поверхности конденсатора после конденсации; обычное никель-оловянное покрытие не может противостоять коррозии в течение длительного времени, и через 2–3 года произойдет разрыв цепи из-за конечной коррозии, что является частым отказом на береговых электростанциях.
3. Заблуждение 3: фотоэлектрическая энергия является низкочастотным сценарием и не требует высокочастотных характеристик.
   Правда: частота переключения IGBT инверторов достигает десятков и сотен кГц, что приводит к генерации большого количества высокочастотных гармоник и пиков; обычный MLCC большой емкости обладает индуктивными характеристиками на высоких частотах и ​​вообще не может поглощать высокочастотный шум, что приводит к чрезмерным электромагнитным помехам и повышенному риску выхода из строя IGBT.
4. Заблуждение 4: Обычный X7R может обеспечить срок службы 25 лет.
   Правда: X7R потребительского/обычного промышленного класса разработан только в соответствии с 1000-часовой проверкой старения. При длительной эксплуатации при высокой температуре 85 ℃ + высоком напряжении смещения годовое затухание емкости превышает 3%, а кумулятивное затухание за 25 лет намного превышает допустимый диапазон, что просто не может поддерживать стабильную работу на протяжении всего жизненного цикла.
5. Заблуждение 5: Конденсаторы схемы выборки не важны, достаточно обычной точности.
   Правда: точность измерения напряжения и тока фотоэлектрических инверторов и BMS напрямую влияет на эффективность выработки электроэнергии и безопасность аккумуляторов; обычные диэлектрики имеют большой температурный дрейф, а отклонение выборки при высоких и низких температурах приведет к снижению эффективности отслеживания MPPT и перезаряду/переразряду батареи, а длительное старение еще больше усугубит дрейф точности.
6. Заблуждение 6: Вибрация воздействует только на механические конструкции и не имеет ничего общего с конденсаторами
   Правда: непрерывная работа инверторных вентиляторов и вентиляторов охлаждения создает полнодиапазонную вибрацию в сочетании с ударами при транспортировке и установке, что приводит к усталостным микротрещинам в крупногабаритных MLCC; на начальном этапе нарушений нет, а трещины расширяются после нескольких лет эксплуатации, вызывая разрыв цепи и утечку, что является типичным отсроченным отказом.
7. Заблуждение 7: Отечественные конденсаторы не могут соответствовать высоким требованиям надежности фотоэлектрических систем.
   Правда: Ведущие отечественные производители MLCC выпустили специальные серии фотоэлектрических накопителей энергии, которые прошли 2000-часовые расширенные испытания на высокотемпературное смещение, температурные циклы и солевой туман, сравнив надежность с международными брендами первого уровня; Между тем, они имеют значительные преимущества, такие как быстрая доставка, отличная стоимость и локализованная техническая поддержка, а также добились серийного внедрения у ведущих производителей инверторов.

2. Шесть исключительных механизмов отказа фотоэлектрического накопителя энергии MLCC

2.1 Отказ от долговременного старения при смещении постоянного тока высокого напряжения

Явление отказа: после 3–5 лет работы электростанции емкость фильтра шины постоянного тока инвертора значительно снижается, пульсации на выходе увеличиваются, эффективность преобразования снижается, а в серьезных случаях происходит повреждение IGBT.

Анализ механизма: Напряжение шины постоянного тока фотоэлектрических инверторов и накопителей энергии достигает 1500 В. MLCC находится под длительным высоковольтным смещением постоянного тока, а электрические домены сегнетоэлектрических диэлектриков класса II постепенно поляризуются и закрепляются под действием электрического поля, количество обратимых электрических доменов продолжает уменьшаться, а диэлектрическая проницаемость постепенно уменьшается, что проявляется в необратимом затухании емкости. Для обычного диэлектрика X7R при номинальном смещении напряжения 80% затухание емкости за 1000 часов может достигать более 15%, а затухание при длительной 25-летней работе намного превышает расчетный запас. В то же время высоковольтное смещение ускорит миграцию ионов внутри диэлектрика, и зернограничные дефекты постепенно расширятся, что в конечном итоге приведет к короткому замыканию при пробое диэлектрика.

2.2 Термическая усталость в результате циклического изменения температуры на открытом воздухе

Феномен отказов. На электростанциях, расположенных на плато и в пустынях с большими суточными перепадами температур, частота отказов оборудования значительно выше, чем в мягких районах, причем отказы возникают преимущественно зимой и летом.

Анализ механизма: Наружное оборудование подвергается ежедневным температурным колебаниям: низкая температура до -40 ℃ зимой и высокая внутренняя температура шасси до 85 ℃ летом, а в некоторых герметичных устройствах температура даже превышает 100 ℃. При повторяющихся температурных циклах разница в коэффициентах теплового расширения между керамическим корпусом, металлической клеммой и подложкой печатной платы создает периодическое напряжение сдвига, постепенно приводящее к отслаиванию интерфейса клемм и усталостным микротрещинам в керамическом корпусе. После распространения трещины это приведет к смещению емкости и увеличению утечки, что в конечном итоге приведет к обрыву цепи или выходу из строя. Чем больше амплитуда температурных циклов и чем больше циклов, тем выше интенсивность отказов.

2.3 Солевой туман и промышленная коррозия

Явление отказа: На электростанциях, расположенных в прибрежных и промышленных зонах, функциональные нарушения партии возникают после 2–3 лет эксплуатации оборудования. При разборке видно, что клеммы MLCC почернели, побелели, с отслаиванием обшивки и коррозионным отключением электродов.

Анализ механизма: Коррозионные газы, такие как ионы хлорида в прибрежной атмосфере и сероводород/диоксид серы в промышленных зонах, проникают внутрь через каналы рассеивания тепла оборудования и прилипают к поверхности конденсатора при конденсации. Обычные трехслойные никель-оловянные клеммы имеют микроскопические поры. После того, как коррозионная среда проникает в слой покрытия, она вступает в реакцию с внутренним серебряным электродом с образованием высокоомных сульфида и хлорида серебра, что постепенно приводит к нарушению контакта электрода и разрыву цепи. В то же время коррозия будет распространяться от клеммы внутрь керамического корпуса, вызывая риск разрушения поверхности. Этот отказ имеет сильные характеристики партии и является типом отказа MLCC номер один на береговых электростанциях.

2.4. Отказ от пробоя импульсного переключения IGBT

Явление отказа: периодический пробой из-за короткого замыкания происходит в силовом каскаде MLCC инверторов и PCS, сопровождающийся перегоранием IGBT, что чаще всего происходит в моделях большой мощности и с высокой частотой коммутации.

Анализ механизма: Высокоскоростное переключение IGBT приводит к резким скачкам напряжения и импульсным воздействиям с чрезвычайно высоким dv/dt. Обычные диэлектрики MLCC обладают слабым импульсным сопротивлением, а временная локальная напряженность электрического поля превышает порог пробоя диэлектрика, вызывая мгновенное пробивное короткое замыкание. В то же время высокочастотные импульсы вызывают нагрев диэлектрических потерь, который накладывается на высокую температуру окружающей среды, что еще больше снижает напряжение пробоя, образуя порочный круг. Для MLCC с обычными характеристиками выдерживаемого постоянного напряжения импульсное выдерживаемое напряжение составляет всего от 20% до 40% от выдерживаемого постоянного напряжения. Если при выборе параметры импульса игнорировать, весьма вероятно возникновение пробойных сбоев.

Конденсаторы алюминиевые электролитические сквозные МП50В10М5Х11

CBB81 Инверторы высокого напряжения

Номинальный безопасный керамический конденсатор 6 кВ 10 кВ 1NF 25 кВ

2.5 Непрерывная вибрация и растрескивание под напряжением при установке

Явление отказа: инверторы высокой мощности с вентиляторным охлаждением и настенным оборудованием, монтируемым на открытом воздухе, имеют случайные сбои после нескольких лет эксплуатации, отсутствие отклонений в статических испытаниях и повторение сбоев в условиях вибрации.

Анализ механизма: Работа охлаждающих вентиляторов создает непрерывную низкочастотную вибрацию, которая передается на печатную плату через детали конструкции. Крупнокорпусные MLCC имеют большой собственный вес, а паяные соединения и керамический корпус испытывают переменное напряжение сдвига, что приводит к усталостным микротрещинам после длительного накопления. В то же время деформация печатной платы при установке оборудования и фиксации винтов приведет к возникновению механических напряжений, а воздействие при транспортировке также приведет к образованию скрытых трещин. Эти микротрещины закрываются в статическом состоянии с нормальными электрическими характеристиками; они открываются при вибрации или изменении температуры, что приводит к утечкам и смещению параметров, что затрудняет поиск и обнаружение неисправностей.

2.6. Грозовой перенапряжение и отказ от перенапряжения в сети

Явление отказа: после грозы на электростанции происходит повреждение периодического оборудования, и точками отказа в основном являются короткое замыкание цепи предварительной фильтрации и молниезащиты MLCC.

Анализ механизма: Наружное фотоэлектрическое оборудование напрямую сталкивается с риском скачков напряжения, вызванных молнией, а на стороне сети также будет возникать переходное перенапряжение, вызванное переключением нагрузки и коротким замыканием. Хотя на входной стороне имеются устройства молниезащиты, такие как варисторы и TVS, эти устройства имеют задержку срабатывания, и остаточные импульсы перенапряжения все равно будут поступать на задний конец MLCC. Обычный MLCC имеет плохую устойчивость к перенапряжениям, и диэлектрик мгновенно разрушается под воздействием импульсов высокой энергии, вызывая короткое замыкание и даже несчастные случаи, такие как пожар и взрыв оборудования.

3. Уровень производительности и сравнительный анализ выбора фотоэлектрического накопителя энергии MLCC

4. Стандартизированные решения по выбору MLCC для четырехъядерного фотоэлектрического накопителя энергии

4.1 Сценарий фотоэлектрического инвертора: тройные суровые условия: высокое напряжение, высокая частота и внешняя среда

Охватываемые модели: струнные инверторы, центральные инверторы, микроинверторы.

Основные болевые точки: высоковольтная шина постоянного тока 1500 В, высокочастотные импульсы переключения IGBT, циклическое изменение температуры на открытом воздухе, коррозия из солевого тумана и песка, расчетный срок службы 25 лет.

Характеристики выбора:

• Цепи фильтрации/аккумулирования энергии на шине постоянного тока: выберите серию X8R с высоким напряжением и малым затуханием для фотоэлектрических систем, со снижением напряжения в ≥ 3 раза, номинальным напряжением 1–3 кВ; использовать утолщенные клеммы, устойчивые к сульфидированию никеля, мягкую конструкцию концевой заделки, опциональную для больших упаковок; диэлектрическая формула, оптимизированная для смещения постоянного тока, с затуханием емкости ≤ 10 % при номинальном напряжении 80 %, гарантируя, что емкость по-прежнему соответствует проектным требованиям после 25 лет длительного старения;
• Цепи поглощения/демпфера IGBT: выберите серию C0G / X8R с высоким импульсным напряжением, небольшой корпус с низким ESL, расположенный рядом с выводами IGBT; превосходные высокочастотные характеристики, эффективно поглощают импульсы переключения, уменьшают влияние dv/dt, защищают силовые устройства и одновременно уменьшают электромагнитное излучение;
• Цепи выходной фильтрации переменного тока: выберите высокочастотную серию X8R / C0G с низкими потерями, выдержит импульсное напряжение переменного тока, низкие диэлектрические потери уменьшают нагрев; адаптироваться к сети фильтров LCL инвертора для обеспечения качества выходной мощности;
• Цепи отбора проб и эталонные схемы платы управления: 100% используют высокоточный диэлектрик C0G, точность ±1%/±5% опционально, температурный дрейф ±30ppm/℃, почти нулевое старение; обеспечить выборку напряжения и тока, а также точность отслеживания MPPT, повысить общую эффективность выработки электроэнергии;
• Вспомогательный источник питания и цепи управления: серия X8R с широким диапазоном температур, стабильные параметры во всем температурном диапазоне, обеспечивающие надежную работу цепей управления и цепей управления.

4.2 Сценарий двунаправленного преобразователя PCS для хранения энергии: двунаправленная нагрузка и условия длительной цикличности

Охватываемые модели: накопители энергии PCS, двунаправленные устройства постоянного и постоянного тока, бытовые накопители энергии «все в одном».

Основные болевые точки: двунаправленное напряжение напряжения при заряде и разряде, высокочастотная конструкция, большие пульсации тока на стороне батареи, длительная бесперебойная работа, согласованные требования к сроку службы с батареями.

Характеристики выбора:

• Конденсаторы высокого напряжения на стороне постоянного тока: долговечная высоковольтная серия X8R, отличная диэлектрическая стабильность при двунаправленном напряжении; конструкция формулы против старения, затухание емкости смещения при высоких температурах в течение 1000 часов ≤ 3%; соответствовать уровню напряжения LFP/тройных аккумуляторных систем со снижением напряжения ≥ 3 раз;
• Конденсаторы резонансной цепи LLC: выберите высокочастотную серию C0G / X8R с низкими потерями, высокое значение добротности, низкие потери, точную и стабильную резонансную частоту; выдерживать большую пульсацию тока, низкий нагрев, обеспечивая эффективность преобразования LLC;
• Цепи фильтров на стороне аккумулятора: комбинация X8R с низким ESR и большой емкостью, низкий нагрев при больших пульсациях тока; оптимизированные температурные характеристики для обеспечения стабильного эффекта фильтрации во всем температурном диапазоне;
• Цепи управления и выборки EMS: высокоточные конденсаторы Full C0G для обеспечения точной выборки напряжения, тока и температуры, обеспечивая надежную поддержку данных для системы управления энергопотреблением.

4.3 Сценарий системы управления батареями BMS для хранения энергии: высокая точность, высокая надежность и сильная защита от помех

Охваченные продукты: накопитель энергии BMS, блок сбора данных ячеек, главный блок управления, высоковольтный модуль сбора данных.

Основные болевые точки: требования к точности выборки высокого напряжения, широкий диапазон температур аккумуляторных блоков, требования к изоляции высокого напряжения, дрейф параметров работы в течение длительного времени, влияющий на безопасность аккумуляторов.

Характеристики выбора:

• Схемы выборки напряжения ячейки: полная линия использует высокоточные конденсаторы C0G, класс точности ± 1%, чрезвычайно низкий температурный коэффициент; принципиально устранить отклонения выборки, вызванные температурным дрейфом и старением, обеспечить точность оценки SOC, избежать перезаряда и чрезмерного разряда аккумулятора, а также повысить безопасность аккумулятора и увеличить срок его службы;
• Цепи выборки тока и формирования сигнала: конденсаторы C0G с низкими потерями, высокой линейностью, без гармонических искажений, обеспечивающие точную выборку сигналов шунтов и датчиков Холла;
• Высоковольтная изоляция и цепи безопасности: выберите высоковольтную MLCC, отвечающую требованиям безопасности, высокую изоляцию и высокое выдерживаемое напряжение, отвечающую требованиям усиленной изоляции; Диэлектрик C0G имеет долгосрочные стабильные изоляционные характеристики без риска старения;
• Цепи развязки и фильтрации источника питания: серия X8R с широким диапазоном температур, стабильные параметры в полном диапазоне температур от -40 ℃ до 125 ℃, адаптируясь к сложной температурной среде аккумуляторных блоков.

4.4 Сценарий с объединительным блоком и фотоэлектрическим трекером: высокая надежность в суровых условиях окружающей среды

Охватываемая продукция: объединители постоянного тока, интеллектуальные объединители, контроллеры фотоэлектрических трекеров.

Основные болевые точки: прямое воздействие внешней среды, большая разница температур, влажность и пыль, большое количество грозовых разрядов, высокие затраты на техническое обслуживание.

Характеристики выбора:

• Цепи высоковольтной входной фильтрации: высоковольтная серия X8R против старения, высокое импульсное выдерживаемое напряжение, устойчивость к остаточному воздействию грозовых перенапряжений; устойчивые к сульфидейшн терминалы, адаптирующиеся к сложной внешней атмосферной среде;
• Цепи мониторинга и выборки: высокоточные конденсаторы C0G, отсутствие дрейфа параметров при длительной эксплуатации на открытом воздухе, обеспечение точных данных мониторинга тока, напряжения и температуры;
• Цепи связи и интерфейса: высокочастотные фильтрующие конденсаторы C0G, подавляют линейные помехи, обеспечивают стабильный и надежный RS485, несущую линию электропередачи и беспроводную связь;
• Цепи защиты источника питания: устойчивый к перенапряжению MLCC в сочетании с TVS и варисторами для формирования многоуровневой защиты, улучшающей общую молниезащиту оборудования.

5. Полномерные спецификации проектирования защиты надежности фотоэлектрического накопителя энергии MLCC

5.1 Электрическая защита и защита от снижения номинальных характеристик

• Стандарт снижения напряжения: Снижение напряжения главных цепей шины постоянного тока ≥ 3 раз; IGBT-цепи поглощения и пиковые нагрузки снижают номинальные характеристики ≥ 4 раз; снижение характеристик цепей выборки и сигнализации в ≥ 2 раза; тем временем рассчитайте запас выдерживаемого импульсного напряжения, чтобы обеспечить достаточный запас безопасности в условиях наихудших перенапряжений;
• Стандарт температурного снижения номинальных характеристик: рабочая температура сердечника конденсаторов контролируется в пределах 80 % от максимальной температуры диэлектрика; долгосрочная рабочая температура диэлектрика X8R не должна превышать 100 ℃, чтобы избежать ускоренного старения при высоких температурах; конденсаторы, расположенные рядом с нагревательными приборами, должны быть обработаны теплоизоляцией или теплоотводом;
• Расчет запаса емкости: учитывая суперпозицию трех факторов: ослабление смещения постоянного тока, температурный дрейф и затухание при долговременном старении, запас ≥ 30% для расчета емкости основной цепи, чтобы гарантировать, что емкость по-прежнему будет соответствовать требованиям схемы в конце 25-летнего срока службы;
• Конструкция градиентной фильтрации: используйте градиентную комбинацию нескольких емкостей: «накопитель энергии большой емкости + фильтрация средней емкости + высокочастотная развязка малой емкости», чтобы охватить весь диапазон частот от постоянного тока до сотен МГц; контролируйте градиент соседней емкости в течение 10 раз, чтобы избежать антирезонансных пиков.

5.2 Компоновка печатной платы и конструкция защиты от напряжений

• Конструкция с защитой от утечки высокого напряжения: Для MLCC в высоковольтных цепях системы 1500 В расстояние утечки между клеммами и от клемм до земли должно соответствовать требованиям степени загрязнения 2, ≥ 8 мм; дальнейшее увеличение пути утечки или изоляции пазов в зонах с высокой влажностью и запыленностью; избегайте остатков припоя и токопроводящих частиц на поверхности конденсатора во избежание пробоя поверхности;
• Избегание механических напряжений: крупногабаритные корпуса MLCC марки 0805 и выше запрещается размещать в пределах 5 мм вокруг отверстий для винтов, точек крепления, краев платы и линий отделения панелей; направление длины конденсатора перпендикулярно направлению изгиба печатной платы для уменьшения напряжения изгиба; Конденсаторы больших корпусов предпочитают процесс мягкого завершения для поглощения механических и термических напряжений;
• Компоновка, оптимизированная для рассеивания тепла: высоковольтные конденсаторы и конденсаторы с большой пульсацией расположены вдали от источников тепла, таких как IGBT, катушки индуктивности и трансформаторы, на расстоянии ≥ 5 мм; На силовой плате спроектированы равномерные пути рассеивания тепла, чтобы избежать локальных горячих точек, вызывающих ускоренное старение конденсатора; медная фольга в сильноточных цепях имеет достаточную ширину, чтобы уменьшить нагрев меди;
• Оптимизация высокочастотной компоновки: поглощающие и развязывающие конденсаторы расположены как можно ближе к IGBT и выводам микросхемы, с переходными отверстиями рядом с контактными площадками для уменьшения паразитной индуктивности; высокочастотные схемы имеют кратчайший путь и минимальную площадь контура для уменьшения электромагнитного излучения и паразитных эффектов параметров.

5.3 Проектирование защиты окружающей среды и технологических процессов

• Защита антикоррозионной системы: выберите утолщенный, устойчивый к сульфидированию никеля MLCC на уровне устройства, а также клеммы из драгоценных металлов в качестве опции для сценариев сильной коррозии в прибрежных районах; выбирать подложки печатных плат с низким содержанием серы, флюс без серы и герметик/пену с низким содержанием серы на уровне материала, чтобы исключить эндогенные источники серы; спроектировать фильтрацию солевого тумана и пылезащитные экраны на уровне конструкции для уменьшения попадания агрессивных сред; напылить конформное покрытие высокой плотности на всю машину на уровне процесса, толщиной ≥ 50 мкм, полностью покрывающее клеммы конденсатора и керамический корпус для создания изоляционной защиты;
• Конструкция для защиты от влаги и конденсата: наружное оборудование имеет герметичную конструкцию в сочетании с водонепроницаемыми дышащими клапанами для балансировки внутреннего и внешнего давления воздуха и уменьшения конденсации, вызванной разницей температур; на плату управления нанесено защитное покрытие, предотвращающее протечки и коррозию, вызванную пленкой конденсата; в помещениях с низкой температурой и высокой влажностью можно добавить устройства обогрева и осушения;
• Управление процессом SMT: строго соблюдать температурную кривую пайки оплавлением, скорость нагрева ≤ 2 ℃/с, пиковая температура 245 ± 5 ℃, чтобы избежать внутреннего напряжения керамического корпуса, вызванного быстрым нагревом и охлаждением; точно контролируйте объем припоя с помощью трафарета, чтобы избежать растяжения, вызванного неравномерностью припоя на обоих концах; заменить ручное разрушение на демонтаж панелей, чтобы уменьшить механическое напряжение при демонтаже панелей;
• Контроль процесса сборки: Для фиксации винтов используйте динамометрические отвертки, затягивайте их по диагонали, чтобы избежать чрезмерной деформации печатной платы; спроектируйте многоточечную унифицированную опору для полной установки машины, чтобы уменьшить передачу напряжения от рабочей вибрации на печатную плату.

6. Практические примеры исправления реальных фотоэлектрических электростанций.

Случай 1: Устранение неисправности MLCC, вызванной коррозией солевого тумана для инверторов на прибрежной фотоэлектрической электростанции

Предыстория проекта: На фотоэлектрической электростанции мощностью 100 МВт на восточном побережье после 3 лет эксплуатации произошли концентрированные отказы инверторов, при этом уровень ремонта составил 15%. В ходе разборки было обнаружено, что большое количество клемм MLCC в цепях шины постоянного тока и интерфейса связи были почерневшими и подвергнутыми коррозии в разомкнутой цепи, что было определено как разрушение, вызванное сульфидиационной коррозией в солевом тумане.

Анализ первопричин: В исходной схеме использовалась обычная трехслойная клемма промышленного класса MLCC со слабой коррозионной стойкостью; прибрежная атмосфера имеет повышенное содержание хлорид-ионов и сульфидов, при отводе тепла от оборудования вдыхаются агрессивные газы, после конденсации ускоряется коррозия электродов; в то же время подложки печатных плат и герметики содержат серу, а эндогенная коррозия накладывается на экзогенную коррозию, достигая порога разрушения примерно через 3 года.

Схема устранения: 1. Замените все MLCC на плате управления на серии Barron PV, устойчивые к сульфидированию, а на высоковольтных шинах используйте клеммы с высокой коррозионной стойкостью с утолщенным никелевым + палладиевым барьером, прошедшие 240-часовое испытание в солевом тумане; 2. Заменить подложки печатных плат с низким содержанием серы и конформное покрытие, не содержащее серы, для устранения эндогенных источников коррозии; 3. Оптимизация процесса нанесения конформного покрытия, применение селективного покрытия + общая двойная защита распылением для обеспечения полной герметизации конденсаторов; 4. Добавьте ватный фильтр солевого тумана на воздухозаборник, чтобы уменьшить попадание коррозионно-активных частиц.

Эффект от внедрения: Исправленный прототип прошел 2000-часовое ускоренное испытание в солевом тумане без каких-либо отклонений; после 2 лет замены и эксплуатации на месте процент коррозионных отказов упал до 0, что значительно снизило затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание и продлило срок службы всей машины.

Случай 2: Устранение чрезмерных пульсаций, вызванных высокотемпературным старением инверторов на фотоэлектрической электростанции Плато

Предыстория проекта: На фотоэлектрической электростанции на северо-западе Гоби пульсация выходного напряжения инверторов в жаркое лето превысила стандарт, эффективность выработки электроэнергии снизилась, а на некотором оборудовании отключилась защита от перенапряжения. Тестирование показало, что емкость шины постоянного тока MLCC была серьезно снижена, а затухание некоторых конденсаторов превышало 40%.

Анализ первопричин: В исходной схеме использовались обычные высоковольтные конденсаторы X7R, которые имели большое затухание емкости при смещении постоянного тока; внутренняя высокая температура корпуса летом достигала более 90 ℃, что накладывалось на высоковольтное смещение, старение диэлектрика ускорялось, а емкость продолжала уменьшаться; после 2 лет эксплуатации фактическая эффективная емкость составляла менее половины номинального значения, а емкость фильтрации и накопления энергии была серьезно недостаточной, что приводило к чрезмерным пульсациям.

Схема исправления: 1. Все конденсаторы шины постоянного тока заменены на специальные фотоэлектрические конденсаторы серии X8R с низким смещением и затуханием емкости ≤ 8% при номинальном напряжении смещения 80% и ≤ 3% при 1000-часовом высокотемпературном старении; 2. Оптимизировать конструкцию снижения напряжения, выбрать более высокие характеристики выдерживаемого напряжения, уменьшить соотношение фактического рабочего напряжения к номинальному с 70% до 50%, что еще больше снижает скорость старения; 3. Оптимизируйте расположение конденсаторов, держите их подальше от зоны нагрева IGBT, увеличьте пути рассеивания тепла и снизьте температуру рабочей среды.

Эффект от реализации: в условиях высокой температуры при полной нагрузке пульсация возвращается в расчетный диапазон, а общий КПД преобразования увеличивается на 0,8%; испытание на ускоренное старение подтверждает, что затухание емкости составляет менее 15% в течение 25-летнего жизненного цикла, что соответствует проектным требованиям; полностью решена проблема потери мощности электростанции.

Конденсаторы MP0402R225K010TAAA Mlcc

MP0603X104K050TAAA MLCC

Конденсатор MP0603X105K025TAAA Mlcc

Конденсатор MP0805X104K050TAAA Mlcc

7. Полный контрольный список для выбора и проверки фотоэлектрического накопителя энергии MLCC

Му Сен Заключение

25-летний сверхдлительный срок службы и суровые условия эксплуатации фотоэлектрического накопителя энергии определяют, что выбор MLCC не может соответствовать обычным стандартам промышленного уровня и должен быть повышен с «сопоставления параметров» до «адаптации надежности полного жизненного цикла». Старение под высоким напряжением, коррозия солевого тумана, широкий температурный цикл, импульсное воздействие и вибрационная усталость — это пять основных режимов отказа MLCC в сценариях хранения фотоэлектрической энергии. Простое повышение уровня выдерживаемого напряжения не может полностью решить проблему, и требуется систематическое проектирование с учетом множества аспектов, таких как диэлектрическая формула, процесс подключения, конструкция с понижением номинальных характеристик, защита компоновки и защита окружающей среды.

Компания Barron MLCC уже много лет активно занимается новой энергетической областью и создала полную матрицу продуктов MLCC, предназначенную для хранения фотоэлектрической энергии, включая высоковольтные серии X8R с низким затуханием смещения, высокоточную серию C0G, серию, устойчивую к сульфидейшн-коррозии, серию, устойчивую к нагрузкам с мягким завершением, и серию, устойчивую к высоким импульсным перенапряжениям, с полными спецификациями корпусов от 0402 до 2225 и напряжением от 6,3 В до 3кВ. Вся серия прошла расширенную проверку надежности в течение 2000 часов и может соответствовать требованиям конструкции со сверхдолгим сроком службы в течение 25 лет. Продукты были серийно представлены ведущим производителям инверторов, накопителей энергии и систем управления зданием, что соответствует критериям надежности по сравнению с ведущими международными брендами и значительным комплексным преимуществом в затратах.

У нас есть профессиональная техническая команда для новой энергетической отрасли, которая может предоставить комплексные услуги, такие как бесплатная оптимизация выбора спецификации, анализ отказов, индивидуальные схемы испытаний на надежность и поддержка отладки прототипов, помогая клиентам быстро завершить высоконадежное проектирование и внедрение внутренней замены, а также совместно способствовать высококачественному развитию индустрии хранения фотоэлектрической энергии.

Вы можете отправить спецификацию и требования к рабочему состоянию вашего фотоэлектрического оборудования для хранения энергии, чтобы получить эксклюзивную бесплатную схему выбора MLCC, отчет об оценке 25-летнего срока службы и поддержку выборочных испытаний.