W jaki sposób diody mogą zapobiegać przepływowi wstecznemu prądu, gdy moduły akumulatorowe są połączone równolegle?

一, Mechanizm wyzwalający i zagrożenia związane z przepływem zwrotnym prądu
1. Warunki wyzwalania
Istotą przepływu zwrotnego prądu jest odwrotny przepływ energii, a jego podstawowym warunkiem wyzwalającym jest to, że napięcie na zaciskach obciążenia (V_load) jest wyższe od napięcia na zaciskach zasilania (V_supply). W systemie równoległym baterii typowe scenariusze obejmują:

Nierównowaga napięcia między pakietami akumulatorów: gdy w zestawie akumulatorów nastąpi wzrost napięcia z powodu różnic w SOC (pozostałym naładowaniu) lub niespójnej rezystancji wewnętrznej, może on odwrócić ładowanie do innych akumulatorów o niskim-napięciem.
Mutacja obciążenia: Odwrotna siła elektromotoryczna generowana podczas wyłączania obciążeń indukcyjnych, takich jak silniki i cewki indukcyjne, może płynąć z powrotem do zestawu akumulatorów równoległymi ścieżkami.
Przejściowe przełączanie zasilania: Podczas przełączania między podwójnymi źródłami zasilania (takimi jak sieć i akumulator zapasowy), jeśli napięcie zapasowego źródła zasilania rośnie szybciej niż główne źródło zasilania, może to spowodować krótki przepływ wsteczny.
2. Analiza zagrożeń
Zagrożenia związane z przepływem prądu są bezpośrednio powiązane z poziomem mocy systemu:

Scenariusze związane z niskim napięciem i{0}}mocą (np. elektronika użytkowa): prąd zwrotny może przedostać się do układu scalonego ładowania, powodując brak ładowania lub nawet spalenie urządzenia.
Scenariusze związane z wysokim napięciem i{0}}dużą mocą (np. zasilacze przemysłowe): prąd wsteczny może generować nadmierną cyrkulację wewnątrz akumulatora, przyspieszać starzenie się akumulatora, a nawet powodować niekontrolowaną niestabilność cieplną.
Urządzenia po stronie sieci (takie jak falowniki fotowoltaiczne): Prąd zwrotny może powodować wahania napięcia w sieci, wpływać na działanie innych urządzeń, a nawet powodować zadziałanie zabezpieczeń sieci.
2, Zasada techniczna i punkty wyboru diody przeciwprzepływowej
1. Przewodność jednokierunkowa: Budowa podstawowych barier ochronnych
Podstawową cechą diody jest jednokierunkowe przewodnictwo jej złącza PN, które umożliwia przepływ prądu jedynie od anody (A) do katody (K) z odcięciem wstecznym. W układzie równoległym baterii diody zapobiegają przepływowi wstecznemu poprzez następujący mechanizm:

Przewodzenie w kierunku przewodzenia: Gdy napięcie zestawu akumulatorów jest wyższe niż napięcie na zaciskach obciążenia, dioda przewodzi, aby dostarczyć energię do obciążenia.
Odcięcie zwrotne: Gdy napięcie po stronie obciążenia wzrasta z powodu awarii lub przełączania przejściowego, dioda automatycznie się wyłącza, blokując ścieżkę prądu wstecznego.
2. Wybór kluczowych parametrów
W zależności od wymagań napięciowych, prądowych i sprawnościowych układu równoległego akumulatorów przy doborze diod należy kierować się następującymi parametrami:

Dodatni spadek napięcia (V_F): bezpośrednio wpływa na wydajność systemu. Zwykłe diody mają V_F około 0,6-0,8 V, podczas gdy diody Schottky'ego mogą zmniejszyć je do 0,2-0,4 V. Na przykład w systemie magazynowania energii 48 V zastosowanie diod Schottky'ego (takich jak MBR1045CT) może zmniejszyć straty przewodzenia o ponad 60%.
Czas odzyskiwania sygnału zwrotnego (Trr): w scenariuszach przełączania-o wysokiej częstotliwości Trr powinien być mniejszy niż 10 ns, aby uniknąć strat przełączania. Trr diod szybkiego odzyskiwania (takich jak FR107) wynosi około 50 ns, podczas gdy diody Schottky'ego mają prawie zerowy czas odzyskiwania wstecznego.
Prąd znamionowy (I2): Powinien być większy niż 1,5-krotność maksymalnego prądu roboczego systemu. Na przykład w układzie równoległym 100A należy wybrać diody o I2 większym lub równym 150A (takie jak SS34).
Obciążalność prądu udarowego (I2FSM): Musi pokryć przejściowe wysokie prądy podczas uruchamiania lub awarii systemu. Przykładowo w samochodowym BMS-ie należy dobrać diody o prądzie I2 FSM większym lub równym 300A, aby poradzić sobie z nagłymi zmianami obciążenia.
3, Typowe scenariusze zastosowań i praktyki inżynieryjne
1. Ochrona równoległa pakietów akumulatorów pojazdów elektrycznych
W module akumulatorowym Tesla 4680 diody i tranzystory MOSFET współpracują, aby zapewnić zabezpieczenie przed przepływem wstecznym i zrównoważoną kontrolę:

Konstrukcja zapobiegająca przepływowi zwrotnemu: diody Schottky'ego (takie jak CBRD1045-40) są połączone szeregowo na końcu wyjściowym każdej grupy ogniw akumulatora, przy napięciu wytrzymywanym 40 V pokrywającym wymagania systemów 12 V/24 V. Gdy napięcie określonej grupy ogniw akumulatora wzrośnie nienormalnie, odpowiednia dioda zgaśnie, aby zapobiec odwrotnemu ładowaniu.
Sterowanie zbalansowane: Równoważenie pasywne osiąga się poprzez podłączenie diod małosygnałowych (takich jak BAS70-04) równolegle z rezystorami równoważącymi. Gdy napięcie określonego ogniwa akumulatora jest zbyt wysokie, dioda obwodu równoważącego przewodzi, tworząc prąd obejściowy, aby zapobiec przeładowaniu.
2. Równoległe połączenie wielu pakietów akumulatorów w fotowoltaicznym systemie magazynowania energii
W falowniku fotowoltaicznym Sunac Power układ diod realizuje inteligentne przełączanie wielu zestawów akumulatorów:

Kontrola priorytetów: wykorzystanie-przeciwnych-lamp i diod MOS w celu automatycznego przełączania między głównymi zestawami akumulatorów (takimi jak baterie litowe) i zapasowymi zestawami akumulatorów (takimi jak-akumulatory kwasowo-ołowiowe). Gdy napięcie głównego pakietu akumulatorów spadnie poniżej progu, akumulator zapasowy zostanie automatycznie podłączony poprzez diodę, aby uniknąć przepływu zwrotnego.
Optymalizacja EMI: równoległa sieć absorpcyjna RC (taka jak R=10 Ω, C=100nF), tłumi szum przełączania o 40 dB, aby spełnić normę IEC 61000-4-5.
3. System UPS w centrum danych zapobiegający przepływowi zwrotnemu
W zasilaczach UPS dla centrów danych Huawei idealny kontroler diod (taki jak LM66100DCK) zapewnia zerowy spadek napięcia i zapobieganie przepływowi zwrotnemu:

Zasada działania: Symulując „idealną diodę” poprzez wewnętrzny tranzystor PMOS, spadek napięcia podczas przewodzenia do przodu wynosi tylko kilka miliomów i szybko wyłącza się podczas przewodzenia zwrotnego (czas reakcji<10 μ s).
Logika ochrony: W przypadku odcięcia zasilania sieciowego sterownik automatycznie wykrywa spadek napięcia i odcina ścieżkę prądu wstecznego w ciągu 10 μs, aby zapobiec przedostawaniu się energii akumulatora z powrotem do sieci.