Како диоде помажу у подели енергије у системима батерија?

一, Основни принцип цепања енергије који се постиже диодама
1. Једносмерна конструкција проводљивости шант темеља
Основна карактеристика диоде је да дозволи струји да тече од аноде (А) до катоде (К) док блокира у супротном смеру. Ова карактеристика га чини идеалном компонентом за кола за раздвајање енергије:

Провођење унапред: Када батерија треба да напаја оптерећење, диода је у стању ниског отпора, дозвољавајући струји да прође;
Реверзно искључење: Када је напон оптерећења већи од напона батерије или постоји ризик од обрнуте струје, диода аутоматски блокира струју како би спречила повратни ток енергије.
Типичан случај: У низу соларних ћелија свемирске летелице, сваки подниз (јединица батерије) је повезан са магистралом преко изолационе диоде. Током локалног периода сенке, када је батерија испражњена, изолациона диода се искључује у обрнутом смеру како би се спречило да коло соларне ћелије постане оптерећење пражњења батерије, обезбеђујући да енергија тече само од батерије до оптерећења.

2. Оптимизација карактеристика пада притиска и ефикасности преусмеравања
Пад напона унапред (ВФ) диоде директно утиче на ефикасност раздвајања енергије:

Обична силицијумска диода: ВФ је око 0,6-0,7В, са значајном потрошњом енергије при великим струјама;
Шотки диода: ВФ само 0,2-0,4В, са изузетно кратким временом опоравка (<10ns), suitable for high-frequency switching scenarios;
Технологија синхроне исправљања: Коришћење МОСФЕТ-а уместо диода може смањити пад напона проводљивости на испод 0,01 В, али захтева сложена погонска кола.
Поређење ефикасности: При струји од 200А, губитак проводљивости Шоткијеве диоде (ВФ=0.4В) је 80В, док губитак обичне силиконске диоде (ВФ=0.7В) достиже 140В, са значајном разликом у ефикасности.

2, Типични сценарији примене диода у раздвајању енергије
1. Уравнотежено преусмеравање батеријског пакета: спречите прекомерно пуњење/претерано пражњење
У серијском пакету батерија, недоследан капацитет појединачних ћелија може довести до ризика од прекомерног пуњења или прекомерног пражњења. Пасивно балансирање диода се постиже преко шант отпорника или прекидачких цеви:

Метода отпора на преусмеравање: У свакој појединачној батерији, отпорник и диода су повезани паралелно. Када напон батерије пређе подешену вредност, диода проводи и дели струју пуњења кроз отпорник. Овај метод има ниску цену, али ниску ефикасност (губитак од око 10% -15%);
Метода диверзионог прекидача: Коришћење МОСФЕТ-а уместо отпорника, детектовање напона кроз диоде и контрола укључивања/искључивања ради постизања прецизног преусмеравања. На пример, БМС Тесла Модел 3 усваја ову шему за контролу индивидуалне грешке балансирања напона унутар ± 5мВ.
2. Интелигентно пребацивање више система напајања: обезбеђивање континуитета напајања
У систему напајања са двоструком батеријом (као што је стартна батерија и батерија за напајање електричног возила), диоде постижу аутоматско пребацивање:

Шема Релеј+диода: Када напон главне батерије падне до прага, релеј се искључује и резервна батерија напаја оптерећење кроз диоду. Време пребацивања ове шеме је мање од 1 мс, али је животни век релеја ограничен;
Потпуна диодна шема: Природно пребацивање се постиже кроз разлику у паду напона диоде. На пример, одређени систем за складиштење енергије користи два сета батерија (са разликом напона од 0,3В). Батерију високог{3}}напона прво напаја диода, а када њен напон падне, нисконапонска-батерија аутоматски преузима.
3. Заштита топлотне тачке за фотонапонске системе: избегавање локалног прегревања
У низовима фотонапонских ћелија, сенчење или појединачни кварови могу изазвати ефекте врућих тачака. Диода штити систем на следеће методе:

Бипасс диода: У обрнутом смеру паралелно са сваком батеријом, диода проводи када је батерија блокирана, обезбеђујући бајпас канал за струју и спречавајући локално прегревање. На пример, низ соларних ћелија са три споја галијум арсенида у свемирској летелици усваја овај дизајн, смањујући температуру вруће тачке са 200 степени на испод 60 степени;
Блокирајућа диода: серијски повезана у грани батерије како би се спречило да неисправна грана троши енергију из других батерија. Према статистици одређене фотонапонске електране, употреба блокирних диода смањила је годишњу стопу кварова система за 40%.
3, Правац технолошке еволуције: од пасивне диверзије до активне интелигенције
1. Материјал са широким појасом побољшава ефикасност преусмеравања
СиЦ (силицијум карбид) и ГаН (галијум нитрид) диоде имају следеће предности:

Повећање издржљивости напона: СиЦ Шотки диода може да издржи до 1700 В, погодна за системе за складиштење енергије високог напона;
Одзив високе фреквенције: фреквенција пребацивања ГаН диоде достиже ниво МХз, што може смањити величину компоненти за филтрирање;
Карактеристике ниске температуре: На -40 степени, ВФ флуктуација СиЦ диода је мања од 5%, што их чини погодним за поларне или ваздушне апликације.
Случај: БИД бладе батерија БМС усваја СиЦ Шотки диоду, која смањује губитак повратног поврата за 80% и побољшава ефикасност система за 2,3%.

2. Интегрисани модули поједностављују дизајн система
Интеграција диода са сензорима и управљачким колима је постала тренд:

Интелигентни диодни модул: интегрише детекцију напона, температурну компензацију и функције извештавања о статусу, као што је Инфинеон серија Смарт Диоде, која може да прати струју шанта у реалном времену и пружи повратну информацију БМС-у;
Интегрисано коло за напајање (ПИЦ): Интегрисање диода, МОСФЕТ-ова и контролера у један чип за смањење површине ПЦБ-а. Након усвајања ПИЦ шеме, ДЦ/ДЦ претварач одређеног електричног возила смањио је запремину за 60% и цену за 35%.
3. Дигитална контрола постиже прецизно преусмеравање
Комбиновањем процесора дигиталног сигнала (ДСП) или микроконтролера (МЦУ), систем диоде може постићи:

Динамичко балансирање: Подесите праг шанта у реалном-времену на основу СОЦ батерије (преостало пуњење) да бисте продужили век трајања батерије;
Предиктивно одржавање: Анализом промена у паду напона диоде, унапред откријте лош контакт или проблеме са старењем;
Пребацивање на више начина: Аутоматски оптимизујте стратегију преусмеравања у различитим радним условима као што су пуњење, пражњење и стање приправности.
Подаци о индустрији: Након усвајања дигиталне контроле преусмеравања, век трајања батерије одређеног система за складиштење енергије је повећан са 3000 пута на 5000 пута, а годишњи трошак рада и одржавања смањен је за 25%.