¿La sustitución de diodos de equipos de energía requiere una reconfiguración del BMS?

1, Posicionamiento funcional e impacto de fallas de diodos en sistemas de energía.
(1) Función principal: desde la protección básica hasta el control a nivel del sistema
Protección anti polaridad inversa: En un sistema DC, los diodos evitan que se invierta la polaridad de la fuente de alimentación por sus características de conducción unidireccional, evitando así el quemado del equipo debido a la corriente inversa. Por ejemplo, un proyecto de UPS en un centro de datos sufrió daños directos en el módulo rectificador durante un mal funcionamiento debido a un cortocircuito en el diodo antiinverso, lo que resultó en una pérdida de más de 500.000 yuanes.
Control de la transmisión de energía: en inversores fotovoltaicos y controladores de motores, los diodos forman puentes rectificadores o circuitos libres para garantizar un flujo de energía unidireccional. Una prueba de un proyecto de convertidor de energía eólica mostró que después de un cortocircuito de diodo, la temperatura de unión de los dispositivos de energía adyacentes aumentó de 85 grados a 200 grados en 2 segundos, provocando un descontrol térmico de la cadena.
Abrazadera de tensión y protección contra sobretensión: los diodos TVS limitan la sobretensión transitoria mediante características de ruptura de avalancha para proteger el circuito aguas abajo. Debido a un cortocircuito en un diodo TVS en un determinado proyecto de conjunto fotovoltaico, el voltaje de salida de los componentes se disparó a 1000 V (600 V nominal), lo que provocó fallas en los inversores a gran-escala.
(2) Modos de falla y consecuencias a nivel del sistema
Falla de cortocircuito: provoca un cambio en la ruta de la corriente, lo que resulta en sobrecalentamiento local o falla de los mecanismos de protección. Por ejemplo, en cierto proyecto de inversor de vehículo eléctrico, debido a un cortocircuito en el diodo de rueda libre, la fuerza contraelectromotriz del motor se aplicó directamente al dispositivo de potencia, lo que provocó que el módulo IGBT explotara en 100 μs.
Fallo de circuito abierto: provoca la interrupción de la transmisión de energía o la pérdida de la función de protección. Cierto proyecto de circuito de equilibrio de una batería de almacenamiento de energía provocó la sobrecarga y el quemado de otros diodos debido a un circuito abierto de un diodo, lo que provocó la sobrecarga del paquete de baterías.
Deriva de parámetros: después de un funcionamiento-largo plazo, los cambios en parámetros como la caída de tensión directa y el tiempo de recuperación inversa de los diodos pueden afectar la precisión del muestreo de tensión del BMS. Por ejemplo, un proyecto de inversor fotovoltaico experimentó un error de muestreo de voltaje del 5% debido al envejecimiento del diodo, lo que provocó un apagado falso de la protección.
2. La relación de acoplamiento entre la configuración de BMS y los parámetros del diodo.
(1) Coincidencia de parámetros a nivel de hardware
Rango de monitoreo de voltaje: el circuito de muestreo de voltaje de BMS debe cubrir la caída de voltaje de conducción del diodo (como el diodo Schottky de aproximadamente 0,3 V, el diodo SiC de aproximadamente 0,7 V). Si se reemplaza con un diodo con una caída de voltaje mayor (como un diodo de silicio normal de aproximadamente 1,2 V), puede hacer que el BMS calcule erróneamente que el voltaje de la batería es demasiado bajo.
Precisión del monitoreo de corriente: la caída de voltaje directo del diodo está relacionada linealmente con la corriente (Vf=Ir+V0). Si se reemplazan con diodos con diferentes resistencias internas, el valor de corriente calculado por BMS mediante el método de caída de voltaje puede desviarse en más del 10 %, afectando la configuración del umbral de protección contra sobrecorriente.
Coeficiente de compensación de temperatura: la caída de tensión directa del diodo varía con la temperatura (valor típico -2 mV/grado). Si el BMS no está calibrado para el coeficiente de temperatura del nuevo diodo, puede generar valores de muestreo de alto voltaje falsos en entornos de baja temperatura, lo que activa la protección contra sobrecarga.
(2) Adaptación del algoritmo a nivel de software.
Modelo de estimación de SOC: el método de integración de amperios hora debe combinarse con la caída de voltaje del diodo para corregir el valor actual. Si los parámetros del modelo no se actualizan después de reemplazar el diodo, el error de estimación del SOC puede expandirse de ± 3 % a ± 8 %.
Estrategia de control equilibrado: la eficiencia de transferencia de energía de los circuitos de equilibrio activo (como los capacitivos e inductivos) está relacionada con la pérdida de conducción de los diodos. Si se reemplaza por un diodo con alta caída de tensión de conducción, el tiempo de equilibrio puede extenderse en más del 30%.
Umbral de diagnóstico de fallas: el umbral de protección contra sobretensión/subtensión del BMS debe restablecerse de acuerdo con el voltaje de sujeción del diodo. Por ejemplo, el voltaje de sujeción del diodo TVS original era de 36 V. Después de reemplazarlo por un modelo de 30 V, es necesario reducir el umbral de protección de 38 V a 32 V.
3, práctica de la industria y requisitos de especificaciones técnicas.
(1) Requisitos claros en las especificaciones estándar
IEC 62660-2: Después de reemplazar componentes clave en sistemas de baterías de litio, es necesario volver a verificar la precisión del monitoreo de voltaje (error menor o igual a ± 1%), la precisión del monitoreo de corriente (error menor o igual a ± 2%) y el tiempo de respuesta de protección (menor o igual a 10 ms) de BMS.
UL 2580: Requiere que BMS se someta a pruebas de seguridad funcional después del reemplazo de componentes, incluida la verificación de confiabilidad de la protección contra sobrecarga/sobredescarga, protección contra cortocircuitos y advertencia de fuga térmica.
GB/T 34013: Se especifica que el circuito de muestreo de BMS debe recalibrarse después del mantenimiento del sistema de batería para garantizar que la desviación entre los datos de voltaje y temperatura y los valores reales sea inferior o igual a ± 0,5 %.
(2) Resumen de lecciones aprendidas de casos típicos
Cierto proyecto de central fotovoltaica: debido a que no se pudo ajustar el umbral de protección contra sobretensión del BMS después de reemplazar el diodo TVS, los componentes excedieron el límite de voltaje durante la caída de un rayo y no activaron la protección, lo que provocó un incendio y pérdidas superiores a 2 millones de yuanes.
Cierto proyecto de vehículo eléctrico: durante el mantenimiento, se reemplazó un diodo de rueda libre con mayor caída de voltaje de conducción, pero el modelo de cálculo de corriente BMS no se actualizó, lo que resultó en un falso aumento del 15% en la visualización del alcance, lo que generó quejas de los usuarios.
Cierto proyecto de sistema de almacenamiento de energía: después de reemplazar el diodo antiinverso, la función de detección de polaridad del BMS no se volvió a probar, lo que provocó que el equipo no cortara el circuito durante la conexión inversa y quemara el módulo rectificador.
4. Marco de decisión: ¿Necesitamos reconfigurar BMS?
(1) Escenarios que requieren reconfiguración
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).
Cambio de posicionamiento funcional: el diodo original solo se usó para conexión anti-inversa y después del reemplazo, debe asumir la función de corriente continua o rectificación.
Ajuste de la topología: la sustitución de diodos provoca cambios en la topología del circuito (como el cambio de rectificación en puente a rectificación síncrona).
Requisitos de cumplimiento estándar: el proyecto debe pasar certificaciones específicas (como UL, CE) y el organismo de certificación requiere la revalidación de la funcionalidad BMS.
(2) Escenarios que están exentos de reconfiguración
Reemplazo del mismo modelo: reemplácelo con diodos del mismo lote y parámetros, y el BMS tiene un diseño redundante reservado.
Dentro de la tolerancia de parámetros: la variación de los parámetros del diodo está dentro del rango de tolerancia de diseño del BMS (como la variación de la caída de voltaje<0.2V).
Reemplazo solo reparación: El mal funcionamiento del diodo se debe a una mala soldadura o cables rotos, y no implica cambios en los parámetros de los componentes.
5. Sugerencia de operación: ¿Cómo completar de manera eficiente la reconfiguración de BMS?
(1) Pasos de calibración de hardware
Calibración de muestreo de voltaje: use un multímetro de alta-precisión (precisión mayor o igual al 0,05 %) para medir la caída de voltaje de conducción del diodo y actualizar el valor de compensación del circuito de muestreo BMS.
Calibración de muestreo actual: inyecte una corriente conocida a través de una fuente de corriente estándar (precisión mayor o igual al 0,1%) y ajuste el coeficiente de conversión de corriente de caída de voltaje del BMS.
Calibración de muestreo de temperatura: coloque el diodo en una cámara de temperatura constante (rango de temperatura -40 grados ~+85 grados) para verificar la desviación entre el valor de muestreo de temperatura BMS y el valor real.
(2) Actualización de parámetros de software
Corrección del modelo SOC: ajuste el valor SOC inicial y el coeficiente de eficiencia de Coulomb del método de integración de amperios hora en función de las características de caída de voltaje del nuevo diodo.
Optimización de la estrategia de equilibrio: si se reemplaza por un diodo de equilibrio activo, es necesario restablecer el umbral de transferencia de energía y el tiempo de equilibrio.
Ajuste del umbral de protección: actualice los umbrales de protección contra sobretensión/subtensión y sobrecorriente en función de parámetros como la tensión de sujeción y la pérdida de conducción del diodo.
(3) Verificación de pruebas funcionales
Pruebas estáticas: verifique si la precisión del muestreo del voltaje, la corriente y la temperatura del BMS cumple con los requisitos estándar.
Pruebas dinámicas: simule escenarios de fallas como sobrecarga, sobredescarga y cortocircuitos para probar el tiempo de respuesta de protección y la confiabilidad operativa de BMS.
Pruebas ambientales: Verifique la estabilidad de BMS en ambientes de alta temperatura (85 grados), baja temperatura (-40 grados) y alta humedad (90% RH).