Hur kan dioder förhindra strömåterflöde när batterimoduler är parallellkopplade?

一, Utlösningsmekanismen och riskerna med strömåterflöde
1. Utlösningsvillkor
Kärnan i strömåterflödet är det omvända flödet av energi, och dess kärnutlösningstillstånd är att belastningsterminalens spänning (V_load) är högre än strömförsörjningsterminalens spänning (V_supply). I ett batteriparallellt system inkluderar typiska scenarier:

Spänningsobalans mellan batteripaket: När ett batteripaket upplever en spänningsökning på grund av skillnader i SOC (återstående laddning) eller inkonsekvent internt motstånd, kan det omvända laddningen till andra lågspänningsbatterier.
Lastmutation: Den omvända elektromotoriska kraften som genereras när induktiva belastningar som motorer och induktorer stängs av kan flöda tillbaka till batteripaketet genom parallella banor.
Transient strömväxling: När du växlar mellan dubbla strömkällor (som nät och reservbatteri), om spänningen på reservströmkällan stiger snabbare än den för huvudströmkällan, kan det orsaka ett kortvarigt återflöde.
2. Faroanalys
Riskerna med strömåterflöde är direkt relaterade till systemets effektnivå:

Scenarier med låg spänning och låg-ström (som konsumentelektronik): Återflödesström kan tränga in i laddningskretsen, vilket gör att enheten inte laddas eller till och med brinner ut.
Scenarier för hög spänning och hög-ström (som industriella strömförsörjningar): Återflödesström kan generera överdriven cirkulation inuti batteriet, påskynda batteriets åldrande och till och med orsaka värmeavbrott.
Utrustning på nätet (som fotovoltaiska växelriktare): Återflödesström kan orsaka spänningsfluktuationer i nätet, påverka driften av annan utrustning och till och med utlösa nätskyddsutlösning.
2, Teknisk princip och valpunkter för diod anti-backflow
1. Enkelriktad konduktivitet: Bygga grundläggande skyddsbarriärer
Kärnkarakteristiken för en diod ligger i den enkelriktade konduktiviteten hos dess PN-övergång, som endast tillåter ström att flyta från anoden (A) till katoden (K), med omvänd avstängning. I ett batteriparallellt system förhindrar dioder tillbakaflöde genom följande mekanism:

Framåtledning: När batteripaketets spänning är högre än lastterminalens spänning, leder dioden för att mata ström till lasten.
Omvänd avstängning: När spänningen vid belastningsänden ökar på grund av ett fel eller transientomkoppling, stängs dioden automatiskt av, vilket blockerar den omvända strömvägen.
2. Val av nyckelparameter
Enligt spännings-, ström- och effektivitetskraven för batteriparallellsystemet bör valet av dioder fokusera på följande parametrar:

Positivt spänningsfall (V_F): påverkar direkt systemets effektivitet. Vanliga dioder har en V_F på cirka 0,6-0,8V, medan Schottky-dioder kan minska den till 0,2-0,4V. Till exempel, i ett 48V energilagringssystem kan användning av Schottky-dioder (som MBR1045CT) minska ledningsförlusterna med mer än 60 %.
Omvänd återställningstid (Trr): I högfrekventa växlingsscenarier bör Trr vara mindre än 10 ns för att undvika växlingsförluster. Trr för snabbåterställningsdioder (som FR107) är cirka 50 ns, medan Schottky-dioder har nära noll omvänd återhämtningstid.
Märkström (I2): Den bör vara större än 1,5 gånger systemets maximala driftström. Till exempel, i ett 100A parallellsystem, bör dioder med I2 större än eller lika med 150A (som SS34) väljas.
Överspänningsströmbärande kapacitet (I2FSM): Den måste täcka övergående höga strömmar under systemstart eller fel. Till exempel i bil BMS är det nödvändigt att välja dioder med I2 FSM större än eller lika med 300A för att klara plötsliga belastningsförändringar.
3, Typiska tillämpningsscenarier och ingenjörspraxis
1. Parallellskydd av batteripaket för elfordon
I Tesla 4680 batterimodul arbetar dioder och MOSFETs tillsammans för att uppnå anti-backflow och balanserad kontroll:

Anti-backflow design: Schottky-dioder (som CBRD1045-40) är anslutna i serie vid utgångsänden av varje battericellgrupp, med en 40V-motståndsspänning som täcker kraven för 12V/24V-system. När spänningen för en viss battericellsgrupp stiger onormalt, stängs motsvarande diod av för att förhindra omvänd laddning.
Balanserad styrning: Passiv balansering uppnås genom att parallellkoppla små signaldioder (som BAS70-04) med balanseringsmotstånd. När spänningen i en viss battericell är för hög leder balanseringskretsdioden och bildar en bypassström för att förhindra överladdning.
2. Parallellkoppling av flera batteripaket i solcellsenergilagringssystem
I solcellsväxelriktaren av Sunac Power realiserar diodgruppen intelligent omkoppling av flera batteripaket:

Prioritetskontroll: Använda back-to-back MOS-rör och -dioder för att uppnå automatisk växling mellan huvudbatteripaket (som litiumbatterier) och reservbatterier (som bly-syrabatterier). När spänningen på huvudbatteripaketet är under tröskelvärdet, kopplas reservbatteripaketet automatiskt via en diod för att undvika återflöde.
EMI-optimering: parallellt RC-absorptionsnätverk (som R=10 Ω, C=100nF), dämpa switchbrus med 40dB för att uppfylla IEC 61000-4-5-standarden.
3. Datacenter UPS System Anti Backflow
I Huaweis datacenter UPS uppnår den idealiska diodstyrenheten (som LM66100DCK) noll spänningsfall och återflödesskydd:

Arbetsprincip: Simulering av en "ideal diod" genom en intern PMOS-transistor, spänningsfallet under framåtledning är bara några få milliohm, och den stängs snabbt av under omvänd ledning (svarstid<10 μ s).
Skyddslogik: När nätströmmen är avstängd detekterar styrenheten automatiskt ett spänningsfall och stänger av den omvända strömvägen inom 10 μs för att förhindra batterienergi från att flöda tillbaka till nätdelen.