Jak zaprojektować szybki elektroniczny bezpiecznik DC 100A 48V do magazynu energii?

Question

Potrzebuję pomoc w zaprojektowaniu elektronicznego bezpiecznika DC 100A o szybkim działaniu. Potrzebuję go do instalacji fotowoltaicznych z magazynem energii. Zdarza się, że falownik ulega awarii i ma zwarcie na wyjściu DC 48V i wtedy zwykły bezpiecznik DC nie pomaga i spala się BMS w magazynie...

jarek_lnx · Answer

Dlatego że płynie tam do 200A. 1/10 z tego to 20A w jednym tranzystorze wydzieli się 0,3-0,5W z 20 tranzystorów będzie do 10W, same ścieżki też dodadzą trochę ciepła. 10W do wytracenia na samej płytce, bez radiatora, na stosunkowo małej powierzchni, to nie jest mała moc. Dlatego jest tam termistor gdyby okazało się że tranzystorów jest za mało i płytka się przegrzewa. Bezpiecznik nie może być hiper-szybki bo reagował by na podłączenie nawet najmniejszego kondensatora, albo nawet samego kabla. Wiem bo taki kiedyś zrobiłem. Ten układ ma obwód RC o stałej czasowej 100us, w czasie tych ~100us prąd może wielokrotnie przekroczyć 200A i trzeba będzie ten prąd jakoś przerwać a tranzystory muszą pochłonąć energię która została zgromadzona w indukcyjnościach pasożytniczych obwodu, tu też duża ilość tranzystorów ułatwia sprawę. Kiedy przerwiesz duży prąd pojawi się przepięcie, część energii pochłoną tranzystory resztę diody TVS. Jak układ bezpiecznika zasila jakieś inne układy elektroniczne to tam są kondensatory, stąd potrzeba stosowania obwodu preload, żeby prąd ładowania kondensatorów nie wyzwalał bezpiecznika. Tylko na pierwszy rzut oka bezpieczniki elektroniczne są proste.

zurs · Answer

Dziękuję za odpowiedź, te diody na wejściu i wyjściu to transile?

jarek_lnx · Answer

Tak

CosteC · Answer

Co to jest Zwykły bezpiecznik DC? Czy możesz podać model? Nie do końca rozumiem gdzie chcesz dać ten bezpiecznik. Czy BMS a falownik który go ładuje? Czyli bateria-BMS-bezpiecznik-falownik? Niestety każdy bezpiecznik topikowy jest dużo wolniejszy niż elektronika, więc jeśli falownik się zewrze, to albo BMS zdąży rozłączyć zwarcie, albo ulegnie zniszczeniu. Albo baterie ulegną awarii i zniszczeń będzie jeszcze więcej. Możesz próbować zrobić taki elektroniczny bezpiecznik, ale jak będziesz go testować? Zwierając baterie/magazyn energii? Ja bym się trzy razy zastanowił przed takim testem, a używanie nie testowanego, własnego wynalazku, mi przynajmniej, nie poprawia poczucia bezpieczeństwa.

zurs · Answer

bezpiecznik elektroniczny chce dać między falownikiem a magazynami energii, ponieważ powszechnie stosowane zabezpieczenia DC nie są skuteczne. Mam na myśli praktycznie wszystkie zabezpieczenia pasywne DC. Problem jest w zwarciach falownikach nie w magazynach energii. przetestować bezpiecznik efuse w takich warunkach nie jest problemem. Mam zamiar wykonać testowy bezpiecznik a później wykonać go w małej serii aby stosowanie tanich falowników było bezpieczne z magazynami energii. Wykonuję magazyny energii które są bezpieczne ale nie zdawałem sobie sprawy że inwerter/falownik solarny może mieć zwarcie po stronie DC.

CosteC · Answer

Z ciekawości jak się testuje magazyny energii? Pożar czegoś takiego wygląda paskudnie...

jarek_lnx · Answer

Przy budowie prototypu, pomiary prądów i napięć, na oscyloskopie, są bardzo istotne. Trzeba dobrze rozumieć stany nieustalone w teorii i praktyce, trzeba wiedzieć jaki będzie prąd zwarcia, jaka jest indukcyjność obwodu itp
Kiedyś robiłem takie pomiary przy przerywaniu prądu nieco przekraczającego 1kA i ograniczanie przepięć było bardzo trudne.

Testy można robić na baterii kondensatorów.

Może być potrzebny dławik do ograniczania szybkości narastania prądu zwarciowego jak tutaj
https://danyk.cz/el_po_en.html

Piszesz o uszkodzeniu BMS w magazynie energii, domyślam się że tam jest zabezpieczenie nadprądowe (aka bezpiecznik elektroniczny) i to właśnie jego zadziałanie prowadzi do dalszych uszkodzeń.

CYRUS2 · Answer

Pokaż schemat ideowy swojego projektu.

CosteC · Answer

Dobre na początek, ale baterie zawierają o rzędy wielkości więcej energii, zwłaszcza per złotówka zainwestowana Trzeba właściwego projektu. Klucz na 100 A AC to mały problem. 100 A DC już trudniej. 48 Bo jeszcze spokojnie ale z wielu przyczyn zwykłe tanie MOSFETY odpadają. Nie będzie tanio, a sterowanie musi być precyzyjne. No i czy autor ma sondę prądową o odpowiednim paśmie i zakresie paru kA?

jarek_lnx · Answer

Podał nominalne napięcie i prąd ale nie te parametry decydują o poprawnej pracy lub uszkodzeniu zabezpieczneia, tylko te które pojawią się w chwili zwarcia. Np. impedancję pętli zwarcia trzeba znać. Elektronika pozwala zbudować układ o czasie reakcji poniżej 1us tylko taki układ będzie się wyłączał od byle zakłócenia. Więc to jaki szybki ma być też trzeba ustalić. Dla mechanicznego klucza to prawda. Ale tranzystorom AC czy DC nie robi różnicy, trzeba przerwać prąd zwarciowy. Gdyby było to AC czekanie do przejścia przez zero uczyniło by ten prąd jeszcze większym. Projekt z linku jest na tanich, małych MOSFETach. Albo trzeba mieć dużo małych albo jeden duży. Te duże tranzystory na 200A wewnątrz i tak składają się z wielu małych. Oczywiście przy stanach przejściowych prąd może nie rozłożyć się po równo. Jak się bierze za taki projekt, to ze zbudowaniem cewki Rogowskiego nie będzie miał najmniejszych problemów

CYRUS2 · Answer

Myślę, że nie. Bo żródło zakłócenia musi mieć moc ~5kW. Zakłócenia o malej mocy stłumi Rw akumulatora.

Chris_W · Answer

A nie wystarczy dioda jako zabezpieczenie?

zurs · Answer

Dzięki za sugestie, magazyny testuję poprzez ładowanie oraz rozładowanie na maksymalnym prądzie (200A) plus termowizja. Magazyny zbudowane na LiFePo4 są najbezpieczniejsze pożarowo. Zdjęcie BMSa po zwarciu invertera na wyjściu DC.

CosteC · Answer

A no właśnie. Nie wiem czy kiedyś próbowałeś podzielić po równo 10 kA na dziesiątki tranzystorów, nieproste. I ze zrobieniem integratora, i z skalibrowaniem tego do chociaż 10% Nic strasznie trudnego, ale kolejny projekt, kolejne zadania, więcej czasu i pieniędzy do zainwestowania. LoL. Jakoś testy EMC robi się dużo mniejszymi mocami nadajników i rutynowo produkty tych testów nie przechodzą. P.S. sprawdzanie pisowni jest fajne.

Chris_W · Answer

Za 300pln są diody schottky na 200A, plus radiator, plus wentylator - wstawiasz między falownik i baterię - godzisz się ze stratą energii, ale zawsze bezpieczniej, bo łatwiej zaufać diodzie .

zurs · Answer

Dioda musiała by być dwukierunkowa.

CYRUS2 · Answer

Dlaczego ? Co robi ten falownik ?

_jta_ · Answer

Aha: wyłączanie MOSFET-ów wymaga rozładowania bramki - zabrania z niej ładunku. Jak ma być szybkie, to prąd rozładowania będzie spory - dobrych kilka A...

zurs · Answer

Zamykam temat, zdecydowałem się na gotowe rozwiązanie jednej z firm.

[Rozwiązano] Jak zaprojektować szybki elektroniczny bezpiecznik DC 100A 48V do magazynu energii?

Post #1

Post #2

Post #3

Post #4

Post #5

Post #6

Post #7

Post #8

Post #9

Post #10

Post #11

Post #12

Post #13

Post #14

Post #15

Post #16

Post #17

Post #18

Post #19

Post #20

Podsumowanie tematu