Kuinka diodit voivat estää virran takaisinvirtauksen, kun akkumoduulit on kytketty rinnan?

一, Laukaisumekanismi ja virran takaisinvirtauksen vaarat
1. Liipaisuehdot
Virran takaisinvirtauksen olemus on energian käänteinen virtaus, ja sen ydinlaukaisuehto on, että kuorman liittimen jännite (V_load) on suurempi kuin teholähteen liittimen jännite (V_supply). Akun rinnakkaisjärjestelmässä tyypillisiä skenaarioita ovat:

Akkupakkausten välinen jänniteepätasapaino: Kun akun jännite nousee SOC:n (jäljellä olevan varauksen) erojen tai epäjohdonmukaisen sisäisen resistanssin vuoksi, se voi latautua käänteisesti muihin matalajännitteisiin{0}}akkuihin.
Kuorman mutaatio: Käänteinen sähkömotorinen voima, joka syntyy, kun induktiiviset kuormat, kuten moottorit ja induktorit, sammutetaan, voi virrata takaisin akkuun rinnakkaisia ​​reittejä pitkin.
Ohimenevä virrankytkentä: Kun vaihdetaan kahden virtalähteen (kuten verkkovirta ja vara-akku) välillä, jos varavirtalähteen jännite nousee nopeammin kuin päävirtalähteen, se voi aiheuttaa lyhyen takaisinvirtauksen.
2. Vaara-analyysi
Virran takaisinvirtauksen vaarat liittyvät suoraan järjestelmän tehotasoon:

Alhainen jännite ja{0}}pieniteho (kuten kulutuselektroniikka): Takaisinvirtaava virta voi tunkeutua latauspiiriin, jolloin laite ei lataudu tai jopa palaa loppuun.
Korkeajännite- ja{0}}tehoskenaariot (kuten teollisuusvirtalähteet): Takaisinvirtaava virta voi aiheuttaa liiallisen kierron akun sisällä, nopeuttaa akun vanhenemista ja jopa aiheuttaa lämpöä.
Verkkopuolen laitteet (kuten aurinkosähköinvertterit): Takaisinvirtaava virta voi aiheuttaa jännitevaihteluja verkossa, vaikuttaa muiden laitteiden toimintaan ja jopa laukaista verkkosuojan laukaisun.
2, Tekninen periaate ja takaisinvirtauksen vastaisen diodin valintapisteet
1. Yksisuuntainen johtavuus: Perussuojaesteiden rakentaminen
Diodin ydinominaisuus piilee sen PN-liitoksen yksisuuntaisessa johtavuudessa, joka sallii virran kulkea vain anodista (A) katodille (K) käänteisellä katkaisulla. Akun rinnakkaisjärjestelmässä diodit estävät takaisinvirtauksen seuraavan mekanismin kautta:

Eteenpäin johtaminen: Kun akun jännite on suurempi kuin kuorman navan jännite, diodi johtaa virran syöttämiseksi kuormaan.
Käänteinen katkaisu: Kun jännite kuormituspäässä kasvaa vian tai transienttikytkennän vuoksi, diodi katkeaa automaattisesti ja estää käänteisen virran polun.
2. Avainparametrin valinta
Akun rinnakkaisjärjestelmän jännite-, virta- ja tehokkuusvaatimusten mukaan diodien valinnassa tulee keskittyä seuraaviin parametreihin:

Positiivinen jännitehäviö (V_F): vaikuttaa suoraan järjestelmän tehokkuuteen. Tavallisten diodien V_F on noin 0,6-0,8 V, kun taas Schottky-diodit voivat pienentää sen 0,2-0,4 V:iin. Esimerkiksi 48 V:n energian varastointijärjestelmässä Schottky-diodien (kuten MBR1045CT) käyttö voi vähentää johtavuushäviöitä yli 60 %.
Käänteinen palautumisaika (Trr): Korkean{0}}taajuuden vaihtoskenaarioissa Trr:n tulisi olla alle 10 ns kytkentähäviöiden välttämiseksi. Nopeiden palautusten diodien (kuten FR107) Trr on noin 50 ns, kun taas Schottky-diodien käänteinen palautumisaika on lähes nolla.
Nimellisvirta (I2): Sen tulee olla suurempi kuin 1,5 kertaa järjestelmän suurin käyttövirta. Esimerkiksi 100 A rinnakkaisjärjestelmässä tulisi valita diodit, joiden I2 on suurempi tai yhtä suuri kuin 150 A (kuten SS34).
Ylijännitevirran kantokyky (I2FSM): Sen on katettava ohimenevät suuret virrat järjestelmän käynnistyksen tai vian aikana. Esimerkiksi auton BMS:ssä on tarpeen valita diodit, joiden I2 FSM on suurempi tai yhtä suuri kuin 300 A, jotta voidaan selviytyä äkillisistä kuormitusmuutoksista.
3, Tyypilliset sovellusskenaariot ja suunnittelukäytännöt
1. Sähköajoneuvojen akkujen rinnakkaissuojaus
Tesla 4680 -akkumoduulissa diodit ja MOSFETit toimivat yhdessä, jotta saavutetaan takaisinvirtauksen esto ja tasapainotettu ohjaus:

Takaisinvirtausta estävä rakenne: Schottky-diodit (kuten CBRD1045-40) on kytketty sarjaan jokaisen akkukennoryhmän lähtöpäässä 40 V:n kestävyysjännitteellä, joka kattaa 12 V/24 V järjestelmien vaatimukset. Kun tietyn akkukennoryhmän jännite nousee epänormaalisti, vastaava diodi sammuu käänteisen latauksen estämiseksi.
Tasapainotettu ohjaus: Passiivinen tasapainotus saadaan aikaan kytkemällä pieniä signaalidiodeja (kuten BAS70-04) rinnan balansointivastusten kanssa. Kun tietyn akkukennon jännite on liian korkea, tasapainotuspiirin diodi johtaa muodostaen ohitusvirran ylilatauksen estämiseksi.
2. Useiden akkujen rinnakkaiskytkentä aurinkosähköenergian varastointijärjestelmään
Sunac Powerin aurinkosähköinvertterissä diodiryhmä toteuttaa useiden akkujen älykkään kytkennän:

Prioriteetin hallinta: MOS- Kun pääakun jännite on alle kynnyksen, vara-akku kytketään automaattisesti diodin kautta takaisinvirtauksen välttämiseksi.
EMI-optimointi: rinnakkainen RC-absorptioverkko (kuten R=10 Ω, C=100nF), Vaimenna kytkimen kohinaa 40 dB IEC 61000-4-5 -standardin mukaisesti.
3. Palvelinkeskuksen UPS-järjestelmän takaisinvirtauksen esto
Huawein datakeskuksen UPS:ssä ihanteellinen diodiohjain (kuten LM66100DCK) saavuttaa nollajännitteen pudotuksen ja takaisinvirtauksen eston:

Toimintaperiaate: Simuloimalla "ihanteellinen diodi" sisäisen PMOS-transistorin kautta, jännitehäviö eteenpäin johtuessa on vain muutama milliohmi, ja se sammuu nopeasti käänteisen johtumisen aikana (vasteaika<10 μ s).
Suojauslogiikka: Kun verkkovirta katkaistaan, säädin havaitsee automaattisesti jännitehäviön ja katkaisee käänteisen virranpolun 10 μs:n sisällä estääkseen akun energian virtaamisen takaisin verkkopäähän.