Хранение фотоэлектрической энергии MLCC Полный выбор сценария Надежная защита на открытом воздухе для инвертора PCS Батарейный кластер

Хранение фотоэлектрической энергии MLCC. Полный выбор сценария и защита надежности уличного инвертора, ПК и аккумуляторного кластера.

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

Ключевые слова: фотоэлектрический инвертор MLCC, конденсатор PCS для хранения энергии, аккумуляторный блок MLCC, устойчивый к атмосферным воздействиям конденсатор для наружного применения, высоковольтный фильтрующий конденсатор постоянного тока.

Му Сен Введение

Бурный рост индустрии фотоэлектрических систем и систем хранения энергии поставил беспрецедентные проблемы с надежностью силового электронного оборудования. Фотоэлектрические инверторы, накопители энергии PCS (система преобразования энергии) и BMS (система управления батареями) работают в течение длительного времени в суровых условиях окружающей среды с высокой температурой, высокой влажностью, сильным ультрафиолетовым излучением и грозовыми перенапряжениями. Являясь основными компонентами фильтрации, развязки и буферизации, MLCC напрямую определяют эффективность выработки электроэнергии и срок службы новых энергетических электростанций.

Требования к MLCC в фотоэлектрических системах и системах хранения энергии намного превышают требования к обычным продуктам промышленного класса: они должны выдерживать высокое напряжение постоянного тока 1500 В, широкий температурный диапазон -40 ℃ ~ 85 ℃, расчетный срок службы 25 лет, прибрежные условия с высоким содержанием соленых брызг, частые колебания сети и удары молний. Обычные MLCC склонны к таким отказам, как затухание емкости, короткое замыкание при пробое, утечка утечки и коррозия электродов в наружной среде, что приводит к остановке электростанции, потере выработки электроэнергии и даже к несчастным случаям.

В этой статье основное внимание уделяется трем основным фотоэлектрическим устройствам и оборудованию для хранения энергии: струнным инверторам, центральным инверторам, PCS для хранения энергии и аккумуляторным кластерам. В нем подробно описаны стандарты выбора, меры по защите окружающей среды, технические характеристики конструкции высокого напряжения постоянного тока и методы проверки надежности MLCC для наружного применения. Он предлагает систематические решения типичных отказов в фотоэлектрических системах и системах хранения энергии, помогая создавать новые энергетические системы, не требующие обслуживания, со сроком службы 25 лет.

1. Основные проблемы и требования к производительности фотоэлектрических систем и накопителей энергии MLCC

1.1 Проблемы экстремальной окружающей среды на открытом воздухе

• Температурная проблема: температура поверхности в пустынных районах может достигать 70 ℃, температура внутренних компонентов превышает 85 ℃, а зимняя низкая температура может достигать -40 ℃.
• Проблема влажности: влажность превышает 95% в сезон дождей на юге Китая, а в прибрежных районах очень серьезна коррозия из-за солевых брызг.
• Проблема с УФ-излучением: длительное сильное УФ-излучение ускоряет старение материала и ухудшение характеристик изоляции.
• Электрическая проблема: высокое напряжение постоянного тока 1500 В, частые скачки напряжения в сети, напряжение, вызванное молнией.
• Задача на весь срок службы: расчетный срок службы 25 лет, что намного превышает стандарт для промышленного оборудования в 10–15 лет.

1.2 Обязательные спецификации для фотоэлектрических систем и накопителей энергии MLCC

2. Полный выбор сценария MLCC для фотоэлектрических инверторов

2.1 Схема фильтрации высокого напряжения на стороне постоянного тока

Сторона постоянного тока — это основная зона высокого напряжения фотоэлектрического инвертора, соединяющая фотоэлектрические модули и инверторный мост с напряжением до 1000–1500 В. Он содержит пульсации постоянного тока, создаваемые фотоэлектрическими модулями и грозовыми перенапряжениями.

2.2 Схема выходной фильтрации на стороне переменного тока

Сторона переменного тока соединяет инвертор и сеть, и ей необходимо отфильтровывать гармоники высокого порядка, генерируемые инвертором, чтобы качество электроэнергии соответствовало стандартам сети.

2.3 Демпферная схема переключателя IGBT/SiC

Демпферные конденсаторы используются для подавления скачков напряжения, возникающих при выключении ключа, защищая силовые устройства от пробоя. Они требуют высокой скорости отклика и низких потерь на высоких частотах.

2.4 Схема управления и связи

Схема управления отвечает за основные функции, такие как отслеживание точки максимальной мощности MPPT, синхронизация сети и защита от неисправностей. Для этого требуются MLCC со стабильными параметрами и сильной защитой от помех.

• Силовая развязка: Industrial X7R, корпус 0603/0805.
• Выборка сигнала: высокоточный тип C0G, корпус 0402/0603
• Интерфейс связи: Low ESR X7R, пакет 0603
• Ключевые требования: низкий уровень шума, высокая температурная стабильность, защита от электромагнитных помех.

3. Выбор MLCC для ПК хранения энергии и аккумуляторных кластеров

3.1 Шина постоянного тока ПКС хранения энергии

PCS для хранения энергии соединяет кластер батарей и сеть для реализации двунаправленного потока энергии. Напряжение шины постоянного тока обычно составляет 500–1500 В, а ток сильно колеблется во время зарядки и разрядки.

3.2 Система управления батареями (BMS)

BMS отвечает за точную выборку напряжения, тока и температуры батареи, а также управление состоянием батареи. К точности и стабильности MLCC предъявляются чрезвычайно высокие требования.

• Схема выборки напряжения: высокоточный тип C0G, допуск ± 0,5% ~ ± 1%
• Схема выборки тока: тип X8R с низким дрейфом
• Фильтрация мощности: Industrial X7R
• Ключевые требования: низкий температурный дрейф, высокая изоляция, защита от синфазных помех.

3.3 Схема балансировки и защиты группы батарей

Батарейный кластер состоит из сотен батарей, соединенных последовательно. Схема балансировки и защиты обеспечивает постоянное напряжение каждой батареи и предотвращает перезаряд и чрезмерную разрядку.

• Рекомендуемый диэлектрик: X7R, X8R.
• Предпочтительный пакет: 0603, 0805
• Снижение напряжения: рабочее напряжение в ≥2 раза
• Основные требования: Высокая надежность, низкий ток утечки, длительный срок службы.

4. Специальные меры по защите окружающей среды.

4.1 Защита от влаги и солевого тумана

• Используйте влагостойкие и серостойкие клеммы MLCC с покрытием Ni-Pd-Au вместо традиционного луженого покрытия.
• Нанесите модифицированное силиконовое конформное покрытие на всю печатную плату толщиной ≥50 мкм, уделяя особое внимание контактам и площадкам MLCC.
• Корпус оборудования со степенью защиты IP65 или выше, оснащенный дыхательным клапаном для балансировки внутреннего и внешнего давления воздуха.
• Установите противосолевые фильтры и осушители внутри корпуса для прибрежных районов с высоким содержанием соли.

4.2 Защита от ультрафиолета и высоких температур

• Корпус изготовлен из материала, устойчивого к ультрафиолетовому излучению, чтобы избежать попадания прямых солнечных лучей на печатную плату.
• Оптимизируйте конструкцию рассеивания тепла, объедините естественное рассеивание тепла и принудительное воздушное охлаждение для контроля рабочей температуры MLCC ниже 85 ℃.
• Размещайте MLCC вдали от верхней части корпуса и мест попадания прямых солнечных лучей, чтобы избежать локального перегрева.
• Используйте высокотемпературный диэлектрик X8R, запрещайте использование низкотемпературных диэлектриков, таких как X5R.
  

  Конденсатор MP0805X104K050TAAA Mlcc
  

  Конденсатор MP0603X105K025TAAA Mlcc

4.3 Защита от молний и перенапряжений

• Установите двухступенчатую молниезащиту (варистор + газоразрядная трубка) как на стороне постоянного, так и на переменном токе.
• Снижение напряжения MLCC в ≥2,5 раза для резерва достаточного запаса по перенапряжению
• Используйте MLCC с толстым диэлектрическим слоем для улучшения напряжения пробоя и устойчивости к перенапряжению.
• Добавьте пути импульсного разряда в конструкцию печатной платы, чтобы избежать прямого воздействия импульсной энергии на MLCC.

5. Технические характеристики конструкции печатной платы постоянного тока высокого напряжения

5.1 Путь утечки и воздушный зазор

• Система 1000 В: путь утечки ≥12 мм, зазор ≥8 мм.
• Система 1500 В: путь утечки ≥18 мм, зазор ≥12 мм.
• Окружающая среда степени загрязнения 3 (наружная): Увеличьте путь утечки на 50 % на основе вышеуказанного.
• Закруглите края высоковольтной медной фольги, чтобы избежать концентрации электрического поля.

5.2 Планировка и проектирование маршрутизации

• Строгое разделение высоковольтных цепей и низковольтных цепей управления с изоляционными прорезями между ними.
• Размещайте высоковольтные MLCC отдельно, соблюдайте безопасное расстояние от низковольтных компонентов.
• Используйте широкую медную фольгу для сильноточных цепей, толщина медной фольги ≥2 унции, чтобы уменьшить выделение тепла.
• Добавьте массив тепловых каналов под контактные площадки MLCC, чтобы повысить эффективность рассеивания тепла.

5.3 Проектирование изоляции и защиты

• Покройте участки высокого напряжения паяльной маской, не допускайте обнажения меди.
• Добавьте изолирующие прокладки между высоковольтными разъемами и печатной платой.
• Нанесите изолирующий силикон на ключевые высоковольтные узлы, чтобы улучшить изоляционные характеристики.

6. Типичные случаи сбоев и корректирующие действия в фотоэлектрических системах и системах хранения энергии

7. Проверка надежности и оценка срока службы фотоэлектрических модулей и накопителей энергии MLCC.

• Испытание на высокотемпературное старение: 125 ℃/3000 ч, распад емкости ≤5%.
• Испытание на старение влажным теплом: 85℃/85% относительной влажности/2000 ч, ток утечки ≤5 мкА
• Испытание в солевом тумане: 5% NaCl/1000 ч, отсутствие коррозии электродов, отсутствие отклонений параметров.
• Испытание на температурный цикл: -40 ℃ ~ 125 ℃, 1000 циклов, без растрескивания, без распада емкости.
• Испытание на перенапряжение: выдерживает 10-кратное превышение номинального напряжения в 3 раза, без поломок
• Оценка срока службы: на основе модели Аррениуса, расчетное снижение емкости ≤10% в течение 25-летнего срока службы.

Му Сен Заключение

Основой применения фотоэлектрических систем и накопителей энергии MLCC является «долговечная надежность на открытом воздухе». Необходимо выбрать специальные устойчивые к атмосферным воздействиям продукты MLCC для экстремальных условий, таких как высокая температура, высокая влажность, высокое напряжение, сильное ультрафиолетовое излучение и коррозия солевого тумана, а также принять эффективные меры по защите окружающей среды и оптимизировать конструкцию высоковольтного постоянного тока. Только строгий контроль над всем процессом от выбора, проектирования, процесса до проверки может гарантировать стабильную работу фотоэлектрического оборудования и оборудования для хранения энергии в течение более 25 лет на открытом воздухе.

Dongguan Musen Leyton Electronic Technology Co., Ltd. предоставляет полную серию фотоэлектрических и аккумуляторных продуктов MLCC, охватывающих диапазон высокого напряжения 630–3000 В. Благодаря превосходным характеристикам устойчивости к высоким температурам, высокому напряжению, устойчивости к солевому туману и длительному сроку службы наша продукция прошла сертификацию стандартов IEC61215, IEC61730 и других стандартов фотоэлектрической промышленности. Мы можем предоставить индивидуальные решения по выбору и услуги по тестированию надежности на открытом воздухе, чтобы помочь новым электростанциям работать эффективно и стабильно.