Kaip naudoti diodus ličio baterijų blokų įkrovimo ir iškrovimo apsaugai?

一, diodų technologijos charakteristikų ir ličio baterijos apsaugos suderinamumas
1. Vienakryptis laidumas: pagrindinių apsauginių užtvarų kūrimas
Diodo šerdies charakteristika yra vienakryptis jo PN jungties laidumas, leidžiantis srovei tekėti tik iš anodo (A) į katodą (K), esant atvirkštiniam išjungimui. Ši charakteristika sudaro trigubą ličio baterijos apsaugos mechanizmą:

Apsauga nuo atvirkštinio prijungimo: Schottky diodai (pvz., MBR1045CT) yra nuosekliai sujungti įkrovimo sąsajoje arba grandinės konstrukcijoje. Kai maitinimo poliškumas pakeičiamas, diodas automatiškai išsijungia, kad srovės atgalinis srautas nepakenktų akumuliatoriaus valdymo sistemai (BMS). Remiantis naujos energijos transporto priemonių gamintojo bandymų duomenimis, priėmus šį sprendimą BMS gedimų dažnis, atsiradęs dėl netinkamo veikimo, sumažėjo 92%.
Poliškumo izoliacija: kelių elementų serijos sistemoje fizinė įkrovimo grandinės ir iškrovimo grandinės izoliacija pasiekiama naudojant diodų matricą. Pavyzdžiui, tam tikroje energijos kaupimo elektrinėje naudojamas atvirkštinis diodų dizainas, kuris atjungia įkrovimo galą nuo lygintuvo keitiklio modulio, užtikrinant nuolatinį iškrovos grandinės laidumą ir padidinant sistemos prieinamumą 40%.
Apsauga nuo atgalinio srauto: lygiagrečiai prijunkite TVS diodą (pvz., SMAJ5.0A) DC/DC keitiklio išvesties gale. Kai įtampa apkrovos gale pakyla neįprastai, diodas greitai veda ir sudaro iškrovos kelią, apsaugodamas ličio bateriją nuo atvirkštinės įtampos poveikio.
2. Greito perjungimo charakteristikos: efektyvumo revoliucija aukšto-dažnio scenarijuose
Schottky diodai, turintys metalinę puslaidininkinę jungties struktūrą, pasiekia beveik nulinį atvirkštinio atkūrimo laiką (Trr<10ns), demonstrating significant advantages in high-frequency switching power supplies

Nuolatinė srovės apsauga: Buck/Boost topologijoje Schottky diodai (pvz., SS34) tarnauja kaip nuolatinės srovės komponentai, o jų mažas laidumo įtampos kritimas (VF ≈ 0,3V) sumažina perjungimo nuostolius daugiau nei 60%. Tikrasis drono baterijos valdymo sistemos bandymas rodo, kad priėmus šią schemą DC/DC konversijos efektyvumas išaugo nuo 88% iki 94%.
Sinchroninio ištaisymo pakeitimas: Žemos įtampos ir didelės srovės scenarijuose (pvz., 48 V energijos kaupimo sistemose) Schottky diodai gali pakeisti kūno diodus pagal tradicines MOSFET sinchroninio ištaisymo schemas, pašalindami virpesius, kuriuos sukelia atvirkštiniai atkūrimo įkrovimai (Qrr) ir sumažindami sistemos EMI triukšmą 15 dB.
3. Lavinos gedimo charakteristikos: didžiausia apsauga nuo trumpalaikio viršįtampio
TVS diodai per pikosekundę sulaiko pereinamąją aukštą įtampą iki saugaus lygio per sniego griūtį, naudodamiesi pagrindiniais parametrais, įskaitant:

Gnybtų įtampa (VC): ji turi būti mažesnė už absoliučią maksimalią vardinę BMS lusto įtampą (pvz., STM32G4 serijai, VC turi būti<36V)
Didžiausia impulsinė galia (PPP): pagal IEC 61000-4-5 standartą, ji turi atlaikyti mažiausiai 100 A viršįtampio srovę esant 8/20 μs bangos formai.
Panaudojus SMBJ15CA TVS diodus tam tikroje fotovoltinės energijos kaupimo sistemoje, jis sėkmingai atlaikė trumpalaikę 3000V aukštą įtampą, kurią sukuria žaibo smūgiai, o įrangos gedimo intervalo laikas (MTBF) buvo pailgintas iki 120 000 valandų.
2, Tipiniai taikymo scenarijai ir inžinerinė praktika
1. Įkrovimo sąsajos apsaugos grandinės projektavimas
Naujos energijos transporto priemonės OBC įvesties gale (į{0}}įtaisytas įkroviklis) tipinė apsaugos grandinė naudoja trijų-pakopų apsaugos architektūrą:

Pirmojo lygio apsauga: serijos Schottky diodai (pvz., CBRD1045-40) naudojami siekiant išvengti atvirkštinio prijungimo, o jų 40 V atsparumo įtampa atitinka 12 V/24 V sistemų reikalavimus.
Antrojo lygio apsauga: lygiagretūs TVS diodai (pvz., P6KE36CA) slopina viršįtampią, o jų 36 V gnybtų įtampa atitinka BMS įvesties diapazoną
Trečiojo lygio apsauga: naudojant savaime atsikuriančius saugiklius (PPTC) apsaugai nuo viršįtampių, sukuriant papildomą apsaugą diodais
Remiantis faktiniais pirmaujančios automobilių kompanijos bandymų duomenimis, šis sprendimas sumažina įkrovimo sąsajos gedimų dažnį nuo 0,8% iki 0,12%, o metines priežiūros išlaidas sumažina 23 mln. juanių.
2. Subalansuotos apsaugos naujovės ląstelių lygiu
Tesla 4680 akumuliatoriaus modulyje pasyvi balansavimo grandinė kartu su Schottky diodais (pvz., BAT54S) naudojama siekiant:

Subalansuotos srovės valdymas: reguliuojant diodo laidumo įtampos kritimą (VF ≈ 0,2 V) ir balansavimo varžą (R=10 Ω), subalansuota srovė apribojama iki 200 mA
Terminis nutekėjimo slopinimas: kai tam tikro akumuliatoriaus elemento įtampa nenormaliai pakyla, atitinkamas balansinės grandinės diodas pirmiausia veiks, sudarydamas apėjimo srovę, kad būtų išvengta šiluminės difuzijos.
Ši konstrukcija padidina akumuliatoriaus veikimo laiką 35%, o talpos mažėjimo greitį sumažina nuo 0,8% per mėnesį iki 0,5%.
3. Belaidžio įkrovimo sistemos EMI optimizavimas
„Xiaomi 80W“ belaidžio įkrovimo modulyje aukšto -dažnio triukšmo problema išspręsta naudojant šį diodų derinį:

Rektifikavimo procesas: vietoj tradicinių silicio{2}}pagrįstų įrenginių naudojami SiC Schottky diodai (pvz., C3D02060A), todėl Qc vertė sumažėja 80 %.
Filtravimo procesas: lygiagrečiai prijunkite mažus signalo diodus (pvz., BAS70-04) abiejuose perdavimo / priėmimo ritės galuose, kad susidarytumėte RC sugerties tinklą, kuris slopina jungiklio triukšmą 40 dB.
Apsaugos žingsnis: naudokite ESD apsaugos diodus (pvz., ESD5Z5.0T1), kad apsaugotumėte nuo elektrostatinės iškrovos, kurių atsako laikas yra<1ns
Faktiniai bandymai parodė, kad šis sprendimas pagerina sistemos perdavimo efektyvumą nuo 82% iki 89%, o Qi2.0 sertifikavimo testavimo ciklą sutrumpina 60%.
3, Pramonės plėtros tendencijos ir technologiniai iššūkiai
1. Medžiagų naujovės skatina veiklos proveržį
GaN Schottky diodas: EPC kompanijos išleistas eGaN FET įrenginys, kurio VF sumažintas iki mažiau nei 0,1 V, o atvirkštinis atkūrimo įkrovimas sumažintas 90 %, buvo pritaikytas BMW iX 800 V aukštos{3} įtampos platformai
SiC hibridinis modulis: ROHM Semiconductor integruoja SiC MOSFET su Schottky diodu, todėl įkrovimo modulio galios tankis gali viršyti 3 kW/in ³
2. Pažangios apsaugos reikalavimų atnaujinimas
Skaitmeninis valdymo diodas: TI kompanijos išleistas TPD2E007 realizuoja programuojamą spaustuko įtampą ir dinamiškai reguliuoja apsaugos slenkstį per I2C sąsają
Savidiagnostikos funkcijos integravimas: Ansenmei NSD1624 diodas turi įmontuotą -temperatūros jutiklį, kuris automatiškai suaktyvina apsaugos veiksmą, kai sankryžos temperatūra viršija 150 laipsnių
3. Standartizavimo ir patikimumo iššūkiai
Transporto priemonės lygio sertifikatas: pagal AEC{0}}Q101 standartą reikalaujama, kad diodų VF dreifas būtų lygus<5mV/℃ within the temperature range of -40 ℃~150 ℃
Veikimo trukmės bandymo specifikacija: IEC 60747-1 standartas prideda 100 000 perjungimo ciklo testų, kuriems reikalingas Trr keitimo greitis<20%