كيف يمكن للثنائيات منع التدفق العكسي للتيار عند توصيل وحدات البطارية بالتوازي؟

一, آلية التشغيل ومخاطر التدفق العكسي الحالي
1. شروط الزناد
جوهر التدفق العكسي الحالي هو التدفق العكسي للطاقة، وشرط التشغيل الأساسي له هو أن جهد طرف الحمل (V_load) أعلى من جهد طرف مصدر الطاقة (V_supply). في النظام الموازي للبطارية، تتضمن السيناريوهات النموذجية ما يلي:

عدم توازن الجهد بين مجموعات البطاريات: عندما تواجه حزمة البطارية زيادة في الجهد بسبب الاختلافات في SOC (الشحن المتبقي) أو المقاومة الداخلية غير المتسقة، فقد يؤدي ذلك إلى عكس الشحن إلى مجموعات بطاريات أخرى ذات جهد منخفض-.
طفرة الحمل: القوة الدافعة الكهربائية العكسية المتولدة عند إيقاف تشغيل الأحمال الحثية مثل المحركات والمحاثات قد تتدفق عائدة إلى حزمة البطارية من خلال مسارات متوازية.
التبديل المؤقت للطاقة: عند التبديل بين مصادر الطاقة المزدوجة (مثل التيار الكهربائي والبطارية الاحتياطية)، إذا ارتفع جهد مصدر الطاقة الاحتياطية بشكل أسرع من مصدر الطاقة الرئيسي، فقد يتسبب ذلك في حدوث تدفق عكسي قصير.
2. تحليل المخاطر
ترتبط مخاطر التدفق العكسي الحالي بشكل مباشر بمستوى طاقة النظام:

سيناريوهات الجهد المنخفض والطاقة-المنخفضة (مثل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية): قد يخترق التيار العكسي دائرة الشحن المتكاملة، مما يتسبب في فشل شحن الجهاز أو حتى احتراقه.
سيناريوهات الجهد العالي والطاقة-العالية (مثل مصادر الطاقة الصناعية): يمكن أن يؤدي التدفق العكسي إلى توليد دوران مفرط داخل البطارية، مما يؤدي إلى تسريع تقادم عمر البطارية، بل ويتسبب أيضًا في الانفلات الحراري.
المعدات الجانبية للشبكة (مثل العاكسات الكهروضوئية): قد يتسبب التيار المتدفق في تقلبات الجهد في الشبكة، ويؤثر على تشغيل المعدات الأخرى، بل ويؤدي إلى تعطل حماية الشبكة.
2، المبدأ الفني ونقاط اختيار الصمام الثنائي المضاد للارتجاع
1. الموصلية أحادية الاتجاه: بناء حواجز الحماية الأساسية
السمة الأساسية للديود تكمن في التوصيل أحادي الاتجاه لوصلة PN الخاصة به، والتي تسمح فقط للتيار بالتدفق من الأنود (A) إلى الكاثود (K)، مع قطع عكسي. في النظام المتوازي للبطارية، تمنع الثنائيات التدفق العكسي من خلال الآلية التالية:

التوصيل الأمامي: عندما يكون جهد حزمة البطارية أعلى من جهد طرف الحمل، يقوم الصمام الثنائي بالتوصيل لتزويد الحمل بالطاقة.
القطع العكسي: عندما يزيد الجهد عند طرف الحمل بسبب خطأ أو تبديل عابر، يتم قطع الصمام الثنائي تلقائيًا، مما يمنع مسار التيار العكسي.
2. اختيار المعلمة الرئيسية
وفقًا لمتطلبات الجهد والتيار والكفاءة للنظام الموازي للبطارية، يجب أن يركز اختيار الثنائيات على المعلمات التالية:

انخفاض الجهد الإيجابي (V_F): يؤثر بشكل مباشر على كفاءة النظام. تحتوي الثنائيات العادية على V_F يبلغ حوالي 0.6-0.8 فولت، بينما يمكن لثنائيات شوتكي تقليله إلى 0.2-0.4 فولت. على سبيل المثال، في نظام تخزين الطاقة بجهد 48 فولت، يمكن أن يؤدي استخدام صمامات شوتكي الثنائية (مثل MBR1045CT) إلى تقليل فقد التوصيل بنسبة تزيد عن 60%.
وقت الاسترداد العكسي (Trr): في سيناريوهات التبديل ذات التردد العالي-، يجب أن يكون Trr أقل من 10ns لتجنب خسائر التبديل. يبلغ Trr لثنائيات الاسترداد السريع (مثل FR107) حوالي 50 نانو ثانية، في حين أن وقت الاسترداد العكسي لثنائيات شوتكي يقترب من الصفر.
التيار المقنن (I2): يجب أن يكون أكبر من 1.5 مرة من الحد الأقصى لتيار التشغيل للنظام. على سبيل المثال، في نظام موازي 100 أمبير، يجب تحديد الثنائيات ذات I2 أكبر من أو يساوي 150 أمبير (مثل SS34).
القدرة الاستيعابية للتيار المفاجئ (I2FSM): تحتاج إلى تغطية التيارات العالية العابرة أثناء بدء تشغيل النظام أو فشله. على سبيل المثال، في نظام إدارة المباني في السيارة، من الضروري اختيار الثنائيات ذات I2 FSM أكبر من أو يساوي 300A للتعامل مع تغيرات الحمل المفاجئة.
3، سيناريوهات التطبيق النموذجية والممارسات الهندسية
1. الحماية الموازية لمجموعات بطاريات المركبات الكهربائية
في وحدة بطارية Tesla 4680، تعمل الثنائيات ووحدات MOSFET معًا لتحقيق مقاومة التدفق العكسي والتحكم المتوازن:

تصميم مضاد للتدفق العكسي: يتم توصيل صمامات شوتكي الثنائية (مثل CBRD1045-40) في سلسلة عند طرف الإخراج لكل مجموعة خلايا بطارية، مع جهد تحمل 40 فولت يغطي متطلبات أنظمة 12 فولت/24 فولت. عندما يرتفع جهد مجموعة خلايا بطارية معينة بشكل غير طبيعي، سيتم إيقاف تشغيل الصمام الثنائي المقابل لمنع الشحن العكسي.
التحكم المتوازن: يتم تحقيق التوازن السلبي عن طريق توصيل ثنائيات الإشارة الصغيرة (مثل BAS70-04) بالتوازي مع مقاومات الموازنة. عندما يكون الجهد الكهربي لخلية بطارية معينة مرتفعًا جدًا، يقوم الصمام الثنائي لدائرة الموازنة بالتوصيل، مما يشكل تيارًا جانبيًا لمنع الشحن الزائد.
2. التوصيل المتوازي لحزم البطاريات المتعددة في نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية
في العاكس الكهروضوئي لشركة Sunac Power، تحقق مجموعة الصمام الثنائي التبديل الذكي لحزم البطاريات المتعددة:

التحكم في الأولوية: استخدام أنابيب MOS والثنائيات الخلفية-إلى-الخلف لتحقيق التبديل التلقائي بين مجموعات البطاريات الرئيسية (مثل بطاريات الليثيوم) ومجموعات البطاريات الاحتياطية (مثل بطاريات الرصاص-الحمضية). عندما يكون جهد حزمة البطارية الرئيسية أقل من العتبة، يتم توصيل حزمة البطارية الاحتياطية تلقائيًا من خلال صمام ثنائي لتجنب التدفق العكسي.
تحسين EMI: شبكة امتصاص RC متوازية (مثل R=10 Ω، C=100nF)، قمع ضوضاء التبديل بمقدار 40 ديسيبل للوفاء بمعيار IEC 61000-4-5.
3. نظام UPS لمركز البيانات المضاد للتدفق العكسي
في UPS مركز بيانات Huawei، تحقق وحدة التحكم المثالية بالصمام الثنائي (مثل LM66100DCK) انخفاضًا في الجهد صفرًا ومنع التدفق العكسي:

مبدأ العمل: محاكاة "الصمام الثنائي المثالي" من خلال ترانزستور PMOS داخلي، يكون انخفاض الجهد أثناء التوصيل الأمامي بضعة ميلي أوم فقط، وينطفئ بسرعة أثناء التوصيل العكسي (زمن الاستجابة)<10 μ s).
منطق الحماية: عند انقطاع التيار الكهربائي، تكتشف وحدة التحكم تلقائيًا انخفاض الجهد وتقطع مسار التيار العكسي خلال 10 ميكرو ثانية لمنع طاقة البطارية من التدفق مرة أخرى إلى نهاية التيار الكهربائي.