Bagaimanakah diod menghalang pelepasan bateri terbalik di BMS?

一, keperluan bahaya dan perlindungan pelepasan terbalik
Pelepasan terbalik bateri merujuk kepada fenomena di mana tiang positif dan negatif bateri dibalikkan dalam polariti dengan beban atau sumber kuasa, menyebabkan arus mengalir ke arah yang bertentangan. Dalam aplikasi bateri lithium, pelepasan terbalik boleh menyebabkan akibat yang serius berikut:

Kerosakan kepada struktur bateri: pemendapan ion litium yang berlebihan pada elektrod negatif membentuk dendrit lithium, menusuk pemisah dan menyebabkan litar pintas;
Risiko Pelarian Thermal: Semasa terbalik menghasilkan haba joule, mempercepatkan penguraian elektrolit, dan boleh menyebabkan kebakaran atau letupan;
Kerosakan tahap sistem: Voltan terbalik boleh merosakkan komponen ketepatan seperti cip kawalan utama BMS dan AFE (depan analog - akhir).
Mengikut keperluan standard GB/T 38661-2020, BMS perlu mengekalkan integriti berfungsi di bawah voltan terbalik -14V dan menahan -220V kesan sementara dalam ujian nadi ISO7637. Keperluan ketat ini memaksa jurutera untuk mengadopsi skim perlindungan terbalik yang boleh dipercayai.

2, Prinsip Teknikal Diode Anti Reverse
1. Mekanisme Kekonduksian Unidirectional Asas
Ciri teras diod adalah untuk membolehkan arus mengalir dari anod (a) ke katod (k) semasa menyekat ke arah yang bertentangan. Selepas menyambungkan diod secara siri dengan terminal input kuasa BMS, apabila polaritas kuasa betul, diod berada dalam keadaan yang ke hadapan, yang membolehkan arus melewati; Apabila bekalan kuasa diterbalikkan, diod dipotong secara terbalik, secara langsung menyekat laluan semasa.

Kes permohonan biasa:
Lembaga kawalan BMS Tesla Model 3 mengamalkan diod Schottky (pakej SMA, terbalik bertahan 40V) sebagai peranti utama sambungan anti terbalik. Skim ini menggunakan ciri -ciri drop voltan ke hadapan yang rendah diod schottky pada sekitar 0.3V, mengakibatkan hanya kehilangan 30W pada arus 100A, iaitu 40% lebih banyak tenaga - cekap daripada skim diod biasa.

2. Perlindungan Kerjasama Penindasan Voltan Transien (TVS)
Skim diod mudah mempunyai dua kelemahan:

Terbalik bertahan voltan terhad (diod biasa biasanya<200V)
Tidak dapat mengatasi pulsa voltan - sementara
Oleh itu, industri umumnya mengamalkan seni bina perlindungan komposit "TV+diod":

Diod TVS: selari disambungkan ke terminal input kuasa, dengan masa tindak balas<1ps, can clamp transient high voltage to a safe range in nanoseconds (such as SMCJ series can clamp 1000V pulse to 53.9V);
Anti Reverse Diode: Siri yang disambungkan ke hujung belakang TV, yang bertanggungjawab untuk fungsi cutoff terbalik yang berterusan.
Contoh reka bentuk BMS untuk sistem penyimpanan tenaga tertentu:
Dalam sistem 48V, TV 6600W (voltan pengapit 35.5V) yang dibungkus dalam DO-218AB digabungkan dengan diod tahan voltan 400V. Skim ini telah lulus ujian pulse 5A ISO7637 (menghasilkan voltan tinggi sementara 35V apabila sistem 12V dibongkar), sambil memenuhi keperluan voltan terbalik yang berterusan -100V.

3, parameter teknikal utama untuk pemilihan peranti
1. Rintangan voltan terbalik (vrrm)
Mesti bertemu:

Vrrm lebih besar daripada atau sama dengan 1.2 × vsystem_max
Sebagai contoh, dalam sistem bateri 60V, diod dengan VRRM lebih besar daripada atau sama dengan 72V harus dipilih. Aplikasi gred automotif juga perlu mempertimbangkan keperluan -14V voltan terbalik berterusan dalam standard ISO16750.

2. Penurunan voltan pengaliran ke hadapan (VF)
Dalam senario semasa yang tinggi, VF secara langsung mempengaruhi kecekapan sistem:

Diod Silicon Biasa: 0.7-1.1V (kerugian mencapai 70-110W pada 100A)
Diod Schottky: 0.2-0.5V (kerugian dikurangkan sebanyak 60%)
Skema MOS Pembetulan Segerak:<0.1V (but requires complex driving circuit)
Data Industri:
Pada arus pelepasan 200A, menggunakan diod Schottky dapat mengurangkan 100W kehilangan haba berbanding diod biasa, mengakibatkan pengurangan 30% dalam kos reka bentuk pelesapan haba BMS.
4, trend industri dan evolusi teknologi
1. Pertikaian mengenai penyelesaian penggantian tiub MOS
Walaupun skim sambungan anti -terbalik PMOS mempunyai kelebihan penurunan voltan sifar (RDS rintangan (ON) boleh serendah 0.5m Ω), ia mempunyai tiga kekurangan utama:

Terbalik bertahan voltan terhad (PMOS gred automotif biasanya<100V)
Kos yang lebih tinggi (3-5 kali lebih tinggi daripada diod dari spesifikasi yang sama)
Terdapat kelewatan penurunan voltan pada masa pemotongan
Data Pengukuran Sebenar:
Ujian BMS menunjukkan bahawa apabila bekalan kuasa tiba -tiba memutuskan sambungan, skema PMOS menyebabkan voltan kapasitor backend jatuh pada kadar 10V/ms, yang boleh mencetuskan misoperasi perlindungan voltan rendah; Skim diod boleh segera memotong litar.

2. Permohonan Fusion Peranti Baru
Industri ini meneroka penyelesaian inovatif berikut:

SIC Schottky Diode: Voltan bertahan meningkat kepada 650V, VF dikurangkan kepada 0.8V, sesuai untuk senario pengisian cepat - voltan;
Modul Diode Pintar: Mengintegrasikan perlindungan terbalik, Pengesanan Suhu, dan Fungsi Pelaporan Status, Memudahkan Reka Bentuk BMS;
Teknologi Switch MEMS: Menggunakan sistem mikroelektrik untuk mencapai penghalang terbalik tanpa kehilangan, tetapi pada masa ini kosnya terlalu tinggi.
3. Peranan piawaian dan peraturan yang mempromosikan
ISO 26262 Keselamatan Fungsian: Memerlukan litar anti -terbalik mempunyai asil - b reka bentuk redundansi tahap;
GB/T 38031-2021: Ia secara eksplisit memerlukan BMS memotong litar dalam masa 1 saat apabila disambungkan secara terbalik;
UL 2580: Ia ditetapkan bahawa pek bateri mesti mempunyai keupayaan menyekat semasa bidirectional.
5, analisis senario aplikasi biasa
1. BMS untuk kenderaan tenaga baru
BYD Blade Battery BMS mengamalkan tiga - Perlindungan tahap "TVS+Schottky Diode+Self Recovery Fuse":

Tahap 1: 1500W TVS pengapit voltan tinggi sementara
Peringkat Kedua: 40V Schottky Diode Reverse Cutoff
Tahap 3: PPTC melaksanakan perlindungan pemulihan diri yang terlalu banyak
Skim ini telah lulus semua ujian nadi mengikut ISO7637, dengan masa tindak balas perlindungan terbalik kurang daripada 50Ns.

2. Sistem Penyimpanan Tenaga BMS
Penyimpanan Tenaga 48V Catl BMS secara inovatif mengamalkan "belakang - ke - kembali mos+diod" penyelesaian hibrid:

Laluan Pengecasan: PMOS mencapai pengaliran drop voltan sifar
Laluan Pelepasan: Diod memberikan pengasingan terbalik
Pengoptimuman Kos: Pelepasan MOS digantikan oleh diod, mengurangkan kos sistem sebanyak 18%
6, Cabaran Teknologi dan Petunjuk Pembangunan
Industri semasa menghadapi dua percanggahan teras:

Kecekapan dan keselamatan mengimbangi: Peranti VF yang rendah (seperti diod GAN) mempunyai kos yang tinggi;
High voltage trend: The 800V platform requires protective devices to withstand voltage>1000V, manakala voltan pengapit maksimum TV yang sedia ada hanya 660V.
Pembangunan teknologi masa depan akan memberi tumpuan kepada:

Aplikasi skala besar bahan bandgap yang luas (SIC/GAN);
Teknologi perlindungan digital (seperti ramalan kesalahan berasaskan AI);
Reka bentuk modul standard (seperti teras IP pelindung yang mematuhi spesifikasi autosar).