Akü modülleri paralel bağlandığında diyotlar akımın geri akışını nasıl önleyebilir?

一, Tetikleme mekanizması ve akımın geri akışının tehlikeleri
1. Tetikleme koşulları
Akım geri akışının özü, enerjinin ters akışıdır ve temel tetikleme koşulu, yük terminali voltajının (V_load), güç kaynağı terminal voltajından (V_supply) daha yüksek olmasıdır. Batarya paralel sisteminde tipik senaryolar şunları içerir:

Pil paketleri arasındaki voltaj dengesizliği: Bir pil paketi, SOC'deki (kalan şarj) farklılıklar veya tutarsız iç direnç nedeniyle bir voltaj artışı yaşadığında, diğer düşük-pil paketlerinin şarjını tersine çevirebilir.
Yük mutasyonu: Motorlar ve indüktörler gibi endüktif yükler kapatıldığında üretilen ters elektromotor kuvveti, paralel yollardan akü paketine geri akabilir.
Geçici güç anahtarlaması: İkili güç kaynakları (şebeke ve yedek pil gibi) arasında geçiş yaparken, yedek güç kaynağının voltajı ana güç kaynağının voltajından daha hızlı yükselirse, kısa süreli bir geri akışa neden olabilir.
2. Tehlike analizi
Akımın geri akışının tehlikeleri doğrudan sistem güç seviyesiyle ilgilidir:

Düşük voltaj ve düşük-güç senaryoları (tüketici elektroniği gibi): Geri akan akım, şarj IC'sine nüfuz ederek cihazın şarj olmamasına, hatta yanmasına neden olabilir.
Yüksek voltaj ve yüksek-güç senaryoları (endüstriyel güç kaynakları gibi): Geri akan akım, pil içinde aşırı sirkülasyon oluşturabilir, pilin eskimesini hızlandırabilir ve hatta termal kaçaklara neden olabilir.
Şebeke tarafındaki ekipmanlar (fotovoltaik invertörler gibi): Geri akan akım, şebekede voltaj dalgalanmalarına neden olabilir, diğer ekipmanların çalışmasını etkileyebilir ve hatta şebeke korumasının açılmasını tetikleyebilir.
2, Diyot anti geri akışının teknik prensibi ve seçim noktaları
1. Tek yönlü iletkenlik: Temel koruyucu bariyerler oluşturmak
Bir diyotun temel özelliği, akımın yalnızca anottan (A) katoda (K) ters kesmeyle akmasına izin veren PN bağlantısının tek yönlü iletkenliğinde yatmaktadır. Pil paralel sisteminde diyotlar aşağıdaki mekanizma yoluyla geri akışı önler:

İleri iletim: Akü paketi voltajı yük terminal voltajından yüksek olduğunda diyot yüke güç sağlamak için iletir.
Ters kesme: Bir arıza veya geçici anahtarlama nedeniyle yük ucundaki voltaj arttığında, diyot otomatik olarak kesilerek ters akım yolunu bloke eder.
2. Anahtar parametre seçimi
Akü paralel sisteminin voltaj, akım ve verimlilik gereksinimlerine göre diyot seçimi aşağıdaki parametrelere odaklanmalıdır:

Pozitif voltaj düşüşü (V_F): sistem verimliliğini doğrudan etkiler. Sıradan diyotların V_F değeri yaklaşık 0,6-0,8V iken Schottky diyotlar bunu 0,2-0,4V'a düşürebilir. Örneğin, 48V enerji depolama sisteminde Schottky diyotların (MBR1045CT gibi) kullanılması iletim kayıplarını %60'tan fazla azaltabilir.
Ters iyileşme süresi (Trr): Yüksek-frekanslı anahtarlama senaryolarında, anahtarlama kayıplarını önlemek için Trr'nin 10 ns'den az olması gerekir. Hızlı toparlanma diyotlarının (FR107 gibi) Trr'si yaklaşık 50ns iken Schottky diyotların sıfıra yakın ters toparlanma süresi vardır.
Anma akımı (I2): Sistemin maksimum çalışma akımının 1,5 katından büyük olmalıdır. Örneğin 100A paralel sistemde I2 değeri 150A'den büyük veya eşit olan diyotlar (SS34 gibi) seçilmelidir.
Aşırı akım taşıma kapasitesi (I2FSM): Sistemin başlatılması veya arızalanması sırasında geçici yüksek akımları karşılaması gerekir. Örneğin, araba BMS'sinde ani yük değişiklikleriyle başa çıkabilmek için I2 FSM 300A'den büyük veya ona eşit diyotların seçilmesi gerekir.
3, Tipik uygulama senaryoları ve mühendislik uygulamaları
1. Elektrikli araç akü paketlerinin paralel korunması
Tesla 4680 pil modülünde diyotlar ve MOSFET'ler, geri akış önleme ve dengeli kontrol elde etmek için birlikte çalışır:

Geri akış önleyici tasarım: Schottky diyotlar (CBRD1045-40 gibi), 12V/24V sistemlerin gereksinimlerini karşılayan 40V dayanım voltajıyla her akü hücresi grubunun çıkış ucuna seri olarak bağlanır. Belirli bir pil hücresi grubunun voltajı anormal şekilde yükseldiğinde, ters şarjı önlemek için karşılık gelen diyot kapanacaktır.
Dengeli kontrol: Pasif dengeleme, küçük sinyal diyotlarının (BAS70-04 gibi) dengeleme dirençlerine paralel bağlanmasıyla elde edilir. Belirli bir pil hücresinin voltajı çok yüksek olduğunda dengeleme devresi diyotu iletime geçerek aşırı şarjı önlemek için bir bypass akımı oluşturur.
2. Fotovoltaik enerji depolama sisteminde birden fazla pil paketinin paralel bağlantısı
Sunac Power'ın fotovoltaik invertöründeki diyot dizisi, birden fazla pil paketinin akıllı anahtarlamasını gerçekleştirir:

Öncelik kontrolü: Ana pil paketleri (lityum piller gibi) ile yedek pil paketleri (kurşun-asit piller gibi) arasında otomatik geçiş sağlamak için arka-arka-MOS tüpleri ve diyotları kullanmak. Ana pil takımının voltajı eşiğin altında olduğunda, geri akışı önlemek için yedek pil takımı otomatik olarak bir diyot aracılığıyla bağlanır.
EMI optimizasyonu: paralel RC soğurma ağı (R=10 Ω, C=100nF gibi), IEC 61000-4-5 standardını karşılamak için anahtar gürültüsünü 40dB bastırın.
3. Veri Merkezi UPS Sistemi Geri Akış Önleme
Huawei veri merkezi UPS'sinde ideal diyot kontrol cihazı (LM66100DCK gibi) sıfır voltaj düşüşü ve geri akış önleme sağlar:

Çalışma prensibi: Dahili bir PMOS transistörü aracılığıyla "ideal diyot"u simüle eden ileri iletim sırasındaki voltaj düşüşü yalnızca birkaç miliohmdur ve geri iletim sırasında hızla kapanır (tepki süresi)<10 μ s).
Koruma mantığı: Şebeke elektriği kesildiğinde kontrolör otomatik olarak voltaj düşüşünü algılar ve akü enerjisinin şebeke ucuna geri akmasını önlemek için 10 μs içerisinde ters akım yolunu keser.