Blokkeerdiodes als sleutelelementen in de stroomvoorziening van elektrische schepen

Het voorkomen van gevaarlijke kortsluitingssituaties veroorzaakt door tegenstroom bij het laden van elektrische schepen door gebruik te maken van blokkeerdiodes

Door Aniket Sarode

In de afgelopen jaren heeft de scheepvaartindustrie een enorme transformatie ondergaan dankzij de steeds strengere regelgeving van de International Maritime Organization (IMO). Decarbonisatie is een groeiend thema en elektrische voortstuwingssystemen worden beschouwd als potentiële oplossingen om aan deze eis te voldoen. De meeste aandacht is uitgegaan naar de elektrificatie van de scheepvaart en de overgang naar DC, waarbij wordt afgestapt van het traditionele AC-distributiesysteem. De elektrificatie van de scheepvaart loopt nog vele jaren achter op de transitie naar elektrische voertuigen (EV) of e-mobility, simpelweg door het feit dat schepen grotere systemen hebben die een hogere hoeveelheid energie en vermogen vereisen in vergelijking met auto’s. Hoewel Li-ion batterijen zeer efficiënt zijn voor het aandrijven van voertuigen, zijn ze minder effectief als het gaat om het aandrijven van de meeste commerciële schepen. Ondanks de tegenslagen zijn er aanwijzingen dat de maritieme industrie gestaag vooruitgang boekt dankzij de technologische evolutie van vermogenselektronica-componenten. Een voorbeeld zijn de blokkeerdiodes van Littelfuse die kortsluitingssituaties voorkomen die worden veroorzaakt door tegenstroom bij het laden van elektrische schepen.

“Vermogenselektronica-componenten spelen een sleutelrol in de elektrificatie van de scheepvaart wanneer ze op een strategische locatie worden geplaatst om systeemselectiviteit en systeemveiligheid te bereiken.”

Recente trends in het gebruik van alternatieve energieën ter vervanging van fossiele energie hebben de vraag naar vermogenselektronica-componenten vergroot om deze energiebronnen aan te sluiten op het DC-boordnet. Elk vermogenselektronica-component speelt een sleutelrol in de elektrificatie van de scheepvaart wanneer ze op een strategische locatie worden geplaatst om systeemselectiviteit en systeemveiligheid te bereiken, zoals te zien is in het onderstaande voorbeeld.

Bescherming met blokkeerdiodes tijdens het laden vanaf de wal

In onze praktijk zien we vaak specificaties voor een batterijlaadsysteem met een vereiste voor een ‘blokkeerdiode’. Soms weten klanten precies wat ze willen voor hun systeem, maar meestal is de vereiste erg vaag, met omschrijvingen als ‘De lader mag de batterij niet ontladen tijdens een stroomstoring’, wat vaak vertaald kan worden naar de behoefte aan een blokkeerdiode. De exacte functie van de blokkeerdiode is om het systeem te beschermen tegen gevaarlijke situaties zoals vlamboogvorming die kan optreden tijdens de laadfase. Tenslotte worden defecten aan componenten en gevolgschade voorkomen, wat resulteert in een aanzienlijke kostenbesparing. Dit wordt bereikt door een diodemodule toe te voegen die voorkomt dat de stroom in de tegenovergestelde richting vloeit.

Wat is een blokkeerdiode?

Een blokkeerdiode laat de stroom van het invertersysteem naar de batterij vloeien, maar voorkomt / blokkeert de stroomvloei naar het invertersysteem, waardoor wordt voorkomen dat de batterij ontlaadt door tegenstroom. Blokkeerdiodes worden ook gebruikt voor het beschermen tegen en voorkomen van gevaarlijke situaties veroorzaakt door vlamboogvorming. In onze praktijk zien we vaak problemen optreden tijdens de laadfase aan de wal. Er is bijvoorbeeld een laadstation op de wal dat stroom levert aan een pantograaf, die op zijn beurt een elektrische verbinding met het schip tot stand brengt. De scheepszijde van de pantograaf distribueert de stroom naar 2 schakelborden. In deze schakelborden kunnen blokkeerdiodes worden gebruikt om te voorkomen dat kortsluitstroom van de scheepsinstallatie terugvloeit naar de walvoeding.

What is Reverse Current?

Reverse current occurs when the output of a system has a higher voltage than the input, causing the current to flow back through the system. This can happen when power is disconnected from the system and the input voltage suddenly drops. During this time, a higher voltage may be left at the output which temporarily generates reveres current.

Hoe blokkeert u tegenstroom in elektrische schepen met blokkeerdiodes?

Tegenstroom kan interne circuits en voedingen zoals batterijen beschadigen. Afhankelijk van het pad van uitgang naar ingang kan tegenstroom kabels en connectoren beschadigen. Als de hitte, ontwikkeld door vermogensverlies over het apparaat, de thermische classificatie van het apparaat overschrijdt, kan dit leiden tot ontbranding. Daarom is het belangrijk om de tegenstroomvloei te beheersen.

“Een perfecte blokkeerdiode beschermt mens & systeem”

Een blokkeerdiode kan zeer effectief zijn bij toepassingen met hoge spanning en hoge stroomsterkte en kan eenvoudig in het bestaande systeem worden geïntegreerd. Blokkeerdiodes zijn verkrijgbaar met verschillende specificaties voor tegenstroombeveiliging, waardoor ze geschikt zijn voor een breed scala aan toepassingen. Een perfecte blokkeerdiode verbruikt vermogen, maar beschermt mens & systeem. Naast de kosten is er in alle gevallen sprake van montage-overwegingen en bovenal extra ruimte in de behuizing waarin deze wordt geplaatst. Dit probleem kan worden overwonnen door de juiste keuze te maken in grootte, vermogen en type koeling. De specialisten op het gebied van vermogenselektronica en halfgeleiders van Astrolkwx staan klaar om u te adviseren!

Klantvoorbeeld: bestaand luchtgekoeld systeem

Een van onze klanten had een blokkeerdiode nodig om de stroom uit de tegenovergestelde richting te blokkeren; één voor de positieve en één voor de negatieve pool. Ze hadden een extreem beperkte ruimte in de bestaande standaard 600 mm brede kast en daarom was een geforceerde luchtgekoelde optie voor deze 1000V en 2000A toepassing de enige oplossing. De ventilator zorgde voor geforceerde luchtkoeling met aanzuiging aan de onderkant en uitstoot aan de bovenkant. Omdat vloeistofkoeling (water) minder ruimte in beslag neemt dan luchtkoeling, heeft dit de voorkeur voor toepassingen met beperkte ruimte. Voor nieuwbouw schepen is er veel vrijheid voor het systeemontwerp en daarom is vloeistofkoeling de voor de hand liggende keuze. In dit geval was er echter geen koelwatervoorziening beschikbaar en een diode met zeer lage doorlaatverliezen van onze gewaardeerde leverancier Littelfuse (voorheen Westcode) klaarde de klus. Littelfuse blokkeerdiodes voorkomen kortsluitingssituaties veroorzaakt door tegenstroom bij het laden van elektrische schepen

Blokkeerdiode voor elektrische schepen / maritieme toepassingen

De diskdiode wordt geplaatst en gemonteerd tussen twee koellichamen, er wordt een ventilator bovenop geplaatst, waarbij de koellichamen geforceerd lucht- of vloeistofgekoeld zijn. Het ontwerp is klantspecifiek.

Specifications

• I(load): 500 – 2000 A
  
• Vdc = 1000 V
  
• Ta =< 30°C
  
• Tj =< 160°C

*Other ratings and circuit configurations are available

Geïnteresseerd in de voordelen van deze technologie voor uw maritieme projecten?

Wilt u meer weten over de mogelijkheden om tegenstroom te voorkomen door het toepassen van blokkeerdiodes? U kunt een technische afspraak met ons inplannen via de onderstaande knop, of uw gegevens achterlaten in ons contactformulier.