Ako môžu diódy zabrániť spätnému toku prúdu, keď sú batériové moduly zapojené paralelne?

一, Spúšťací mechanizmus a riziká spätného toku prúdu
1. Podmienky spúšťania
Podstatou spätného toku prúdu je spätný tok energie a jeho základnou podmienkou spúšťania je, že svorkové napätie záťaže (V_load) je vyššie ako svorkové napätie napájacieho zdroja (V_supply). V batériovom paralelnom systéme typické scenáre zahŕňajú:

Nerovnováha napätia medzi jednotkami batériových zdrojov: Keď jednotka batériových zdrojov zaznamená zvýšenie napätia v dôsledku rozdielov v SOC (zostávajúcej úrovni nabitia) alebo nerovnomerného vnútorného odporu, môže sa zmeniť nabíjanie na iné batérie s nízkym napätím-.
Mutácia záťaže: Spätná elektromotorická sila generovaná pri odpojení indukčných záťaží, ako sú motory a induktory, môže prúdiť späť do batériovej jednotky cez paralelné cesty.
Prechodné prepínanie napájania: Pri prepínaní medzi dvoma zdrojmi napájania (ako je sieť a záložná batéria), ak napätie záložného zdroja energie stúpa rýchlejšie ako napätie hlavného zdroja energie, môže to spôsobiť krátky spätný tok.
2. Analýza nebezpečenstva
Nebezpečenstvo spätného toku prúdu priamo súvisí s úrovňou výkonu systému:

Scenáre nízkeho napätia a nízkej{0}}spotreby (napríklad spotrebná elektronika): Spätný prúd môže preniknúť do nabíjacieho integrovaného obvodu, čo spôsobí, že sa zariadenie nenabije alebo dokonca vyhorí.
Scenáre vysokého napätia a vysokého{0}}napájania (napríklad priemyselné napájacie zdroje): Spätný prúd môže generovať nadmernú cirkuláciu vo vnútri batérie, urýchliť starnutie batérie a dokonca spôsobiť tepelný únik.
Zariadenia na strane siete (ako sú fotovoltaické invertory): Spätný prúd môže spôsobiť kolísanie napätia v sieti, ovplyvniť prevádzku iných zariadení a dokonca spustiť vypnutie ochrany siete.
2, Technický princíp a body výberu diódy proti spätnému toku
1. Jednosmerná vodivosť: Budovanie základných ochranných bariér
Základná charakteristika diódy spočíva v jednosmernej vodivosti jej PN prechodu, ktorý umožňuje prúdenie prúdu iba z anódy (A) do katódy (K) s reverzným prerušením. V paralelnom systéme batérie diódy zabraňujú spätnému toku cez nasledujúci mechanizmus:

Dopredné vedenie: Keď je napätie akumulátora vyššie ako napätie na svorke záťaže, dióda vedie, aby napájala záťaž.
Spätné odpojenie: Keď sa napätie na konci záťaže zvýši v dôsledku poruchy alebo prechodného spínania, dióda sa automaticky vypne a zablokuje cestu spätného prúdu.
2. Výber kľúčových parametrov
Podľa požiadaviek na napätie, prúd a účinnosť paralelného systému batérie by sa výber diód mal zamerať na nasledujúce parametre:

Pozitívny pokles napätia (V_F): priamo ovplyvňuje účinnosť systému. Bežné diódy majú V_F približne 0,6-0,8V, zatiaľ čo Schottkyho diódy ho môžu znížiť na 0,2-0,4V. Napríklad v 48V systéme skladovania energie môže použitie Schottkyho diód (ako je MBR1045CT) znížiť straty vo vedení o viac ako 60 %.
Čas spätného zotavenia (Trr): V scenároch prepínania s vysokou frekvenciou by Trr malo byť menšie ako 10 ns, aby sa predišlo stratám pri prepínaní. Trr diód rýchlej obnovy (ako je FR107) je asi 50 ns, zatiaľ čo Schottkyho diódy majú takmer nulovú dobu spätnej obnovy.
Menovitý prúd (I2): Mal by byť väčší ako 1,5-násobok maximálneho prevádzkového prúdu systému. Napríklad v 100A paralelnom systéme by sa mali zvoliť diódy s I2 väčším alebo rovným 150A (ako je SS34).
Únosná kapacita nárazového prúdu (I2FSM): Musí pokryť prechodné vysoké prúdy počas spúšťania alebo zlyhania systému. Napríklad v BMS automobilu je potrebné zvoliť diódy s I2 FSM väčším alebo rovným 300A, aby sa vyrovnali s náhlymi zmenami zaťaženia.
3, Typické aplikačné scenáre a inžinierske postupy
1. Paralelná ochrana akumulátorov elektrických vozidiel
V batériovom module Tesla 4680 diódy a MOSFET spolupracujú, aby dosiahli proti spätnému toku a vyváženú kontrolu:

Dizajn proti spätnému toku: Schottkyho diódy (ako napríklad CBRD1045-40) sú zapojené do série na výstupnom konci každej skupiny batériových článkov s výdržným napätím 40 V pokrývajúcim požiadavky systémov 12V/24V. Keď napätie určitej skupiny batériových článkov abnormálne stúpne, príslušná dióda zhasne, aby sa zabránilo spätnému nabíjaniu.
Vyvážené riadenie: Pasívne vyváženie sa dosiahne zapojením malých signálnych diód (ako je BAS70-04) paralelne s vyvažovacími odpormi. Keď je napätie určitého článku batérie príliš vysoké, dióda vyrovnávacieho obvodu vedie a vytvára obtokový prúd, aby sa zabránilo prebíjaniu.
2. Paralelné zapojenie viacerých batériových blokov vo fotovoltaickom systéme skladovania energie
Vo fotovoltaickom invertore Sunac Power diódové pole realizuje inteligentné spínanie viacerých batériových jednotiek:

Prioritné ovládanie: Použitie elektróniek a diód MOS, ktoré sú medzi sebou -do{1}}, na dosiahnutie automatického prepínania medzi hlavnými batériami (ako sú lítiové batérie) a záložnými batériami (ako sú olovené-kyselinové batérie). Keď je napätie hlavnej batérie pod prahovou hodnotou, záložná batéria sa automaticky pripojí cez diódu, aby sa zabránilo spätnému toku.
Optimalizácia EMI: paralelná RC absorpčná sieť (napríklad R=10 Ω, C=100nF), potlačenie šumu spínača o 40 dB, aby sa splnila norma IEC 61000-4-5.
3. Data Center UPS System Anti Backflow
V UPS dátového centra Huawei dosahuje ideálny diódový ovládač (napríklad LM66100DCK) nulový pokles napätia a zamedzenie spätného toku:

Princíp činnosti: Simulácia „ideálnej diódy“ cez interný PMOS tranzistor, pokles napätia pri doprednom vedení je len niekoľko miliohmov a pri spätnom vedení sa rýchlo vypne (doba odozvy<10 μ s).
Ochranná logika: Keď sa preruší sieťové napájanie, regulátor automaticky detekuje pokles napätia a preruší dráhu spätného prúdu do 10 μs, aby sa zabránilo toku energie batérie späť na koniec siete.