Como os diodos podem evitar o refluxo de corrente quando os módulos de bateria estão conectados em paralelo?

一, O mecanismo de disparo e os perigos do refluxo atual
1. Condições de gatilho
A essência do refluxo de corrente é o fluxo reverso de energia, e sua principal condição de acionamento é que a tensão do terminal de carga (V_load) seja maior que a tensão do terminal da fonte de alimentação (V_supply). Em um sistema paralelo de bateria, os cenários típicos incluem:

Desequilíbrio de tensão entre baterias: quando uma bateria sofre um aumento de tensão devido a diferenças no SOC (carga restante) ou resistência interna inconsistente, ela pode reverter a carga para outras baterias de baixa-tensão.
Mutação de carga: A força eletromotriz reversa gerada quando cargas indutivas, como motores e indutores, são desligadas, pode fluir de volta para a bateria através de caminhos paralelos.
Comutação transitória de energia: Ao alternar entre fontes de alimentação duplas (como rede elétrica e bateria reserva), se a tensão da fonte de alimentação reserva aumentar mais rápido do que a da fonte de alimentação principal, poderá causar um breve refluxo.
2. Análise de perigos
Os perigos do refluxo de corrente estão diretamente relacionados ao nível de potência do sistema:

Cenários de baixa tensão e baixa-potência (como eletrônicos de consumo): o refluxo da corrente pode penetrar no IC de carregamento, fazendo com que o dispositivo não carregue ou até mesmo queime.
Cenários de alta tensão e{0}}alta potência (como fontes de alimentação industriais): o refluxo da corrente pode gerar circulação excessiva dentro da bateria, acelerar o envelhecimento da bateria e até mesmo causar fuga térmica.
Equipamentos do lado da rede (como inversores fotovoltaicos): O refluxo da corrente pode causar flutuações de tensão na rede, afetar a operação de outros equipamentos e até mesmo desencadear o disparo da proteção da rede.
2, princípio técnico e pontos de seleção de diodo anti-refluxo
1. Condutividade unidirecional: Construindo barreiras de proteção básicas
A principal característica de um diodo está na condutividade unidirecional de sua junção PN, que só permite que a corrente flua do ânodo (A) para o cátodo (K), com corte reverso. Em um sistema paralelo de bateria, os diodos evitam o refluxo através do seguinte mecanismo:

Condução direta: Quando a tensão da bateria é superior à tensão do terminal da carga, o diodo conduz para fornecer energia à carga.
Corte reverso: Quando a tensão na extremidade da carga aumenta devido a uma falha ou comutação transitória, o diodo desliga automaticamente, bloqueando o caminho da corrente reversa.
2. Seleção de parâmetros principais
De acordo com os requisitos de tensão, corrente e eficiência do sistema paralelo da bateria, a seleção dos diodos deve se concentrar nos seguintes parâmetros:

Queda de tensão positiva (V_F): afeta diretamente a eficiência do sistema. Os diodos comuns têm um V_F de cerca de 0,6-0,8V, enquanto os diodos Schottky podem reduzi-lo para 0,2-0,4V. Por exemplo, em um sistema de armazenamento de energia de 48 V, o uso de diodos Schottky (como MBR1045CT) pode reduzir as perdas de condução em mais de 60%.
Tempo de recuperação reversa (Trr): em cenários de comutação-de alta frequência, o Trr deve ser inferior a 10ns para evitar perdas de comutação. O Trr dos diodos de recuperação rápida (como o FR107) é de cerca de 50ns, enquanto os diodos Schottky têm tempo de recuperação reversa próximo de zero.
Corrente nominal (I2): Deve ser superior a 1,5 vezes a corrente máxima de operação do sistema. Por exemplo, em um sistema paralelo de 100A, devem ser selecionados diodos com I2 maior ou igual a 150A (como SS34).
Capacidade de transporte de corrente de surto (I2FSM): Precisa cobrir altas correntes transitórias durante a inicialização ou falha do sistema. Por exemplo, no carro BMS, é necessário selecionar diodos com I2 FSM maior ou igual a 300A para lidar com mudanças repentinas de carga.
3, Cenários de aplicação típicos e práticas de engenharia
1. Proteção paralela de baterias de veículos elétricos
No módulo de bateria Tesla 4680, diodos e MOSFETs trabalham juntos para obter anti-refluxo e controle balanceado:

Design anti-refluxo: diodos Schottky (como CBRD1045-40) são conectados em série na extremidade de saída de cada grupo de células de bateria, com uma tensão suportável de 40V cobrindo os requisitos de sistemas de 12V/24V. Quando a tensão de um determinado grupo de células da bateria aumenta anormalmente, o diodo correspondente será desligado para evitar o carregamento reverso.
Controle balanceado: O balanceamento passivo é obtido conectando pequenos diodos de sinal (como BAS70-04) em paralelo com resistores de balanceamento. Quando a tensão de uma determinada célula da bateria é muito alta, o diodo do circuito de balanceamento conduz, formando uma corrente de desvio para evitar sobrecarga.
2. Conexão paralela de múltiplas baterias em sistema de armazenamento de energia fotovoltaica
No inversor fotovoltaico da Sunac Power, o conjunto de diodos realiza a comutação inteligente de vários conjuntos de baterias:

Controle de prioridade: usando tubos e diodos MOS-com{1}} costas com costas para obter alternância automática entre baterias principais (como baterias de lítio) e baterias de reserva (como baterias de-chumbo-ácido). Quando a tensão da bateria principal está abaixo do limite, a bateria de reserva é automaticamente conectada através de um diodo para evitar refluxo.
Otimização EMI: rede de absorção RC paralela (como R=10 Ω, C=100nF), suprime o ruído do switch em 40dB para atender ao padrão IEC 61000-4-5.
3. Anti-refluxo do sistema UPS do data center
No UPS de data center da Huawei, o controlador de diodo ideal (como LM66100DCK) atinge queda de tensão zero e prevenção de refluxo:

Princípio de funcionamento: Simulando um "diodo ideal" através de um transistor PMOS interno, a queda de tensão durante a condução direta é de apenas alguns miliohms e desliga rapidamente durante a condução reversa (tempo de resposta<10 μ s).
Lógica de proteção: Quando a energia da rede elétrica é cortada, o controlador detecta automaticamente uma queda de tensão e corta o caminho reverso da corrente dentro de 10 μs para evitar que a energia da bateria retorne para a extremidade da rede.