Hoe kunnen diodes voorkomen dat er stroom terugstroomt als batterijmodules parallel zijn aangesloten?

一, Het triggermechanisme en de gevaren van stroomterugstroom
1. Voorwaarden activeren
De essentie van stroomterugstroom is de omgekeerde stroom van energie, en de belangrijkste triggervoorwaarde is dat de belastingsklemspanning (V_load) hoger is dan de voedingsklemspanning (V_supply). In een parallel batterijsysteem omvatten typische scenario's:

Onbalans in de spanning tussen accu's: wanneer een accu een spanningsstijging ervaart als gevolg van verschillen in de SOC (resterende lading) of een inconsistente interne weerstand, kan deze de lading omkeren naar andere accu's met een lage- laagspanning.
Belastingmutatie: De omgekeerde elektromotorische kracht die wordt gegenereerd wanneer inductieve belastingen zoals motoren en inductoren worden uitgeschakeld, kan via parallelle paden terugvloeien naar het accupakket.
Tijdelijke stroomschakeling: Als bij het schakelen tussen twee stroombronnen (zoals netvoeding en reservebatterij) de spanning van de reservestroombron sneller stijgt dan die van de hoofdstroombron, kan dit een korte terugstroom veroorzaken.
2. Gevarenanalyse
De gevaren van stroomterugstroom houden rechtstreeks verband met het energieniveau van het systeem:

Scenario's met lage spanning en laag-vermogen (zoals consumentenelektronica): Terugstromende stroom kan het oplaad-IC binnendringen, waardoor het apparaat niet meer kan opladen of zelfs kan doorbranden.
Scenario's met hoge spanning en hoog-vermogen (zoals industriële voedingen): terugstromende stroom kan overmatige circulatie in de batterij veroorzaken, de veroudering van de batterij versnellen en zelfs een thermische overstroming veroorzaken.
Apparatuur aan de netzijde (zoals fotovoltaïsche omvormers): Terugstromende stroom kan spanningsschommelingen in het elektriciteitsnet veroorzaken, de werking van andere apparatuur beïnvloeden en zelfs het uitschakelen van de netbeveiliging veroorzaken.
2, Technisch principe en selectiepunten van diode anti-terugstroom
1. Unidirectionele geleidbaarheid: het bouwen van fundamentele beschermende barrières
Het kernkenmerk van een diode ligt in de unidirectionele geleidbaarheid van zijn PN-overgang, waardoor alleen stroom van de anode (A) naar de kathode (K) kan stromen, met omgekeerde afsnijding. In een parallel batterijsysteem voorkomen diodes terugstroming via het volgende mechanisme:

Voorwaartse geleiding: Wanneer de spanning van het accupakket hoger is dan de spanning op de belastingsklem, geleidt de diode om stroom aan de belasting te leveren.
Omgekeerde uitschakeling: Wanneer de spanning aan de belastingzijde toeneemt als gevolg van een fout of tijdelijke schakeling, wordt de diode automatisch uitgeschakeld, waardoor het tegenstroompad wordt geblokkeerd.
2. Selectie van belangrijke parameters
Afhankelijk van de spannings-, stroom- en efficiëntie-eisen van het parallelle batterijsysteem moet de selectie van diodes zich richten op de volgende parameters:

Positieve spanningsval (V_F): heeft een directe invloed op de systeemefficiëntie. Gewone diodes hebben een V_F van ongeveer 0,6-0,8V, terwijl Schottky-diodes deze kunnen verlagen tot 0,2-0,4V. In een energieopslagsysteem van 48 V kan het gebruik van Schottky-diodes (zoals MBR1045CT) bijvoorbeeld de geleidingsverliezen met meer dan 60% verminderen.
Omgekeerde hersteltijd (Trr): In hoogfrequente schakelscenario's moet Trr minder dan 10 ns zijn om schakelverliezen te voorkomen. De Trr van snelle hersteldiodes (zoals FR107) is ongeveer 50 ns, terwijl Schottky-diodes vrijwel geen omgekeerde hersteltijd hebben.
Nominale stroom (I2): Deze moet groter zijn dan 1,5 keer de maximale bedrijfsstroom van het systeem. In een parallel systeem van 100 A moeten bijvoorbeeld diodes met I2 groter dan of gelijk aan 150 A (zoals SS34) worden geselecteerd.
Piekstroomdraagvermogen (I2FSM): Het moet tijdelijke hoge stromen opvangen tijdens het opstarten of falen van het systeem. In het BMS van auto's is het bijvoorbeeld noodzakelijk om diodes te selecteren met I2 FSM groter dan of gelijk aan 300A om plotselinge belastingsveranderingen op te vangen.
3, Typische toepassingsscenario's en technische praktijken
1. Parallelle bescherming van accupakketten van elektrische voertuigen
In de Tesla 4680-batterijmodule werken diodes en MOSFET's samen om een ​​anti-terugstroom en gebalanceerde regeling te bereiken:

Anti-terugstroomontwerp: Schottky-diodes (zoals CBRD1045-40) zijn in serie geschakeld aan de uitgangszijde van elke batterijcelgroep, met een weerstandsspanning van 40 V die voldoet aan de vereisten van 12 V/24 V-systemen. Wanneer de spanning van een bepaalde batterijcelgroep abnormaal stijgt, wordt de bijbehorende diode uitgeschakeld om omgekeerd opladen te voorkomen.
Gebalanceerde regeling: Passieve balancering wordt bereikt door kleine signaaldiodes (zoals BAS70-04) parallel aan te sluiten op balanceringsweerstanden. Wanneer de spanning van een bepaalde batterijcel te hoog is, geleidt de diode van het balanceringscircuit, waardoor een bypass-stroom wordt gevormd om overladen te voorkomen.
2. Parallelle aansluiting van meerdere batterijpakketten in een fotovoltaïsch energieopslagsysteem
In de fotovoltaïsche omvormer van Sunac Power realiseert de diode-array het intelligent schakelen van meerdere accupakketten:

Prioriteitscontrole: gebruik van -aan- MOS-buizen en diodes achter elkaar om automatisch te schakelen tussen hoofdbatterijpakketten (zoals lithiumbatterijen) en back-upbatterijpakketten (zoals lood-zuurbatterijen). Wanneer de spanning van het hoofdbatterijpakket onder de drempelwaarde ligt, wordt het back-upbatterijpakket automatisch aangesloten via een diode om terugstroming te voorkomen.
EMI-optimalisatie: parallel RC-absorptienetwerk (zoals R=10 Ω, C=100nF), onderdrukt schakelruis met 40 dB om te voldoen aan de IEC 61000-4-5-norm.
3. Datacenter UPS-systeem Anti-terugstroom
In het Huawei-datacenter-UPS bereikt de ideale diodecontroller (zoals de LM66100DCK) een nulspanningsval en terugstroompreventie:

Werkingsprincipe: door een "ideale diode" te simuleren via een interne PMOS-transistor, bedraagt ​​de spanningsval tijdens voorwaartse geleiding slechts enkele milliohm, en wordt deze snel uitgeschakeld tijdens omgekeerde geleiding (responstijd<10 μ s).
Beveiligingslogica: Wanneer de netvoeding wordt uitgeschakeld, detecteert de controller automatisch een spanningsval en onderbreekt het tegenstroompad binnen 10 μs om te voorkomen dat batterij-energie terugvloeit naar de netaansluiting.