डायोड बीएमएस में बैटरियों के रिवर्स डिस्चार्ज को कैसे रोकते हैं?

दूसरा, रिवर्स डिस्चार्ज के खतरे और सुरक्षा आवश्यकताएँ
बैटरी का रिवर्स डिस्चार्ज उस घटना को संदर्भित करता है जहां बैटरी के सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुव लोड या पावर स्रोत के साथ ध्रुवीयता में उलट जाते हैं, जिससे विपरीत दिशा में प्रवाह होता है। लिथियम बैटरी अनुप्रयोगों में, रिवर्स डिस्चार्ज निम्नलिखित गंभीर परिणाम पैदा कर सकता है:

बैटरी संरचना को नुकसान: नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर लिथियम आयनों का अत्यधिक जमाव लिथियम डेंड्राइट बनाता है, विभाजक को छेदता है और शॉर्ट सर्किट का कारण बनता है;
थर्मल पलायन का जोखिम: रिवर्स करंट जूल गर्मी उत्पन्न करता है, इलेक्ट्रोलाइट अपघटन को तेज करता है, और आग या विस्फोट का कारण बन सकता है;
सिस्टम स्तर की खराबी: रिवर्स वोल्टेज बीएमएस मुख्य नियंत्रण चिप और एएफई (एनालॉग फ्रंट - अंत) जैसे सटीक घटकों को नुकसान पहुंचा सकता है।
GB/T 38661-2020 मानक की आवश्यकताओं के अनुसार, BMS को -14V रिवर्स वोल्टेज के तहत कार्यात्मक अखंडता बनाए रखने और ISO7637 पल्स परीक्षण में -220V क्षणिक प्रभाव का सामना करने की आवश्यकता है। यह सख्त आवश्यकता इंजीनियरों को विश्वसनीय रिवर्स सुरक्षा योजनाओं को अपनाने के लिए मजबूर करती है।

2, डायोड एंटी रिवर्स डिस्चार्ज का तकनीकी सिद्धांत
1. बुनियादी यूनिडायरेक्शनल चालकता तंत्र
डायोड की मुख्य विशेषता एनोड (ए) से कैथोड (के) तक धारा को विपरीत दिशा में अवरुद्ध करते हुए प्रवाहित करने की अनुमति देना है। बीएमएस पावर इनपुट टर्मिनल के साथ श्रृंखला में एक डायोड को जोड़ने के बाद, जब पावर ध्रुवता सही होती है, तो डायोड आगे की ओर संचालित होने वाली स्थिति में होता है, जिससे करंट प्रवाहित होता है; जब बिजली की आपूर्ति उलट जाती है, तो डायोड रिवर्स में कट जाता है, जिससे सीधे वर्तमान पथ अवरुद्ध हो जाता है।

विशिष्ट अनुप्रयोग मामले:
टेस्ला मॉडल 3 का बीएमएस नियंत्रण बोर्ड एंटी रिवर्स कनेक्शन मुख्य उपकरण के रूप में शोट्की डायोड (एसएमए पैकेज, रिवर्स झेलने वाले वोल्टेज 40V) को अपनाता है। यह योजना लगभग 0.3V पर शोट्की डायोड की कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप विशेषता का उपयोग करती है, जिसके परिणामस्वरूप 100A करंट पर केवल 30W की हानि होती है, जो सामान्य डायोड योजनाओं की तुलना में 40% अधिक ऊर्जा कुशल है।

2. क्षणिक वोल्टेज दमन (टीवीएस) की सहयोगात्मक सुरक्षा
सरल डायोड योजना में दो कमियाँ हैं:

रिवर्स झेलने वाला वोल्टेज सीमित है (आमतौर पर साधारण डायोड<200V)
क्षणिक उच्च वोल्टेज दालों से निपटने में असमर्थ
इसलिए, उद्योग आम तौर पर "टीवीएस+डायोड" की एक समग्र सुरक्षा वास्तुकला को अपनाता है:

टीवीएस डायोड: प्रतिक्रिया समय के साथ, पावर इनपुट टर्मिनल से समानांतर रूप से जुड़ा हुआ है<1ps, can clamp transient high voltage to a safe range in nanoseconds (such as SMCJ series can clamp 1000V pulse to 53.9V);
एंटी रिवर्स डायोड: टीवीएस के पिछले सिरे से जुड़ी श्रृंखला, निरंतर रिवर्स कटऑफ फ़ंक्शन के लिए जिम्मेदार।
एक निश्चित ऊर्जा भंडारण प्रणाली के लिए बीएमएस डिज़ाइन का उदाहरण:
48V सिस्टम में, DO-218AB में पैक किया गया 6600W TVS (क्लैंप वोल्टेज 35.5V) को 400V वोल्टेज प्रतिरोधी डायोड के साथ जोड़ा जाता है। इस योजना ने -100V के निरंतर रिवर्स वोल्टेज की आवश्यकता को पूरा करते हुए ISO7637 पल्स 5a परीक्षण (12V सिस्टम अनलोड होने पर 35V का क्षणिक उच्च वोल्टेज उत्पन्न करना) पास कर लिया है।

3, डिवाइस चयन के लिए मुख्य तकनीकी पैरामीटर
1. रिवर्स वोल्टेज प्रतिरोध (वीआरआरएम)
अवश्य मिलना चाहिए:

VRRM 1.2×Vsystem_max से अधिक या उसके बराबर
उदाहरण के लिए, 60V बैटरी सिस्टम में, 72V से अधिक या उसके बराबर VRRM वाले डायोड का चयन किया जाना चाहिए। ऑटोमोटिव ग्रेड अनुप्रयोगों को ISO16750 मानक में -14V निरंतर रिवर्स वोल्टेज की आवश्यकता पर भी विचार करने की आवश्यकता है।

2. फॉरवर्ड कंडक्शन वोल्टेज ड्रॉप (VF)
उच्च वर्तमान परिदृश्यों में, VF सीधे सिस्टम दक्षता को प्रभावित करता है:

साधारण सिलिकॉन डायोड: 0.7-1.1V (100A पर हानि 70-110W तक पहुंच जाती है)
शॉट्की डायोड: 0.2-0.5V (नुकसान 60% कम)
तुल्यकालिक सुधार एमओएस योजना:<0.1V (but requires complex driving circuit)
उद्योग डेटा:
200A के डिस्चार्ज करंट पर, स्कॉटकी डायोड का उपयोग करने से सामान्य डायोड की तुलना में 100W गर्मी की हानि कम हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप बीएमएस गर्मी अपव्यय डिजाइन लागत में 30% की कमी आती है।
4, उद्योग के रुझान और तकनीकी विकास
1. एमओएस ट्यूब प्रतिस्थापन समाधान पर विवाद
यद्यपि पीएमओएस एंटी रिवर्स कनेक्शन योजना में शून्य वोल्टेज ड्रॉप का लाभ है (ऑन प्रतिरोध आरडीएस (ऑन) 0.5m Ω जितना कम हो सकता है), इसमें तीन प्रमुख कमियां हैं:

रिवर्स झेलने वाला वोल्टेज सीमित है (आमतौर पर ऑटोमोटिव ग्रेड पीएमओएस)।<100V)
उच्च लागत (समान विनिर्देश के डायोड से 3-5 गुना अधिक)
वियोग के समय वोल्टेज ड्रॉप विलंब होता है
वास्तविक माप डेटा:
एक बीएमएस परीक्षण से पता चला है कि जब बिजली की आपूर्ति अचानक डिस्कनेक्ट हो जाती है, तो पीएमओएस योजना बैकएंड कैपेसिटर वोल्टेज को 10V/ms की दर से गिरा देती है, जिससे कम वोल्टेज सुरक्षा का गलत संचालन हो सकता है; डायोड योजना तुरंत सर्किट को काट सकती है।

2. नये उपकरणों का संलयन अनुप्रयोग
उद्योग निम्नलिखित नवीन समाधान तलाश रहा है:

SiC शोट्की डायोड: वोल्टेज झेलने की शक्ति 650V तक बढ़ गई, VF 0.8V तक कम हो गया, उच्च वोल्टेज फास्ट चार्जिंग परिदृश्यों के लिए उपयुक्त;
इंटेलिजेंट डायोड मॉड्यूल: बीएमएस डिजाइन को सरल बनाते हुए, रिवर्स सुरक्षा, तापमान का पता लगाने और स्थिति रिपोर्टिंग कार्यों को एकीकृत करता है;
एमईएमएस स्विच तकनीक: दोषरहित रिवर्स ब्लॉकिंग प्राप्त करने के लिए माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम का उपयोग करना, लेकिन वर्तमान में लागत बहुत अधिक है।
3. मानकों और विनियमों की संवर्धन भूमिका
आईएसओ 26262 कार्यात्मक सुरक्षा: एएसआईएल -बी स्तर रिडंडेंसी डिज़ाइन के लिए एंटी रिवर्स सर्किट की आवश्यकता होती है;
जीबी/टी 38031-2021: यह स्पष्ट रूप से आवश्यक है कि बीएमएस रिवर्स में कनेक्ट होने पर 1 सेकंड के भीतर सर्किट को काट दे;
यूएल 2580: यह निर्धारित है कि बैटरी पैक में द्विदिशात्मक वर्तमान अवरोधक क्षमता होनी चाहिए।
5, विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य विश्लेषण
1. नई ऊर्जा वाहनों के लिए बीएमएस
BYD ब्लेड बैटरी BMS "TVS+Schotky डायोड+सेल्फ रिकवरी फ़्यूज़" की तीन{0}}स्तरीय सुरक्षा को अपनाती है:

स्तर 1: 1500W टीवीएस क्लैंप क्षणिक उच्च वोल्टेज
दूसरा चरण: 40V शोट्की डायोड रिवर्स कटऑफ
स्तर 3: पीपीटीसी ओवरकरंट सेल्फ रिकवरी सुरक्षा लागू करता है
इस योजना ने ISO7637 के अनुसार 50ns से कम के रिवर्स सुरक्षा प्रतिक्रिया समय के साथ सभी पल्स परीक्षण पास कर लिए हैं।

2. ऊर्जा भंडारण प्रणाली बीएमएस
CATL का 48V ऊर्जा भंडारण BMS नवोन्मेषी ढंग से एक "बैक{1}}टू-बैक MOS+डायोड" हाइब्रिड समाधान अपनाता है:

चार्जिंग पथ: पीएमओएस शून्य वोल्टेज ड्रॉप चालन प्राप्त करता है
डिस्चार्ज पथ: डायोड रिवर्स आइसोलेशन प्रदान करता है
लागत अनुकूलन: डिस्चार्ज एमओएस को डायोड द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जिससे सिस्टम लागत 18% कम हो जाती है
6, तकनीकी चुनौतियाँ और विकास दिशाएँ
वर्तमान उद्योग दो प्रमुख विरोधाभासों का सामना कर रहा है:

दक्षता और सुरक्षा को संतुलित करना: कम VF उपकरणों (जैसे GaN डायोड) की लागत अधिक होती है;
High voltage trend: The 800V platform requires protective devices to withstand voltage>1000V, जबकि मौजूदा टीवीएस का अधिकतम क्लैंपिंग वोल्टेज केवल 660V है।
भविष्य के तकनीकी विकास पर ध्यान केंद्रित किया जाएगा:

विस्तृत बैंडगैप सामग्री (SiC/GaN) का बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग;
डिजिटल सुरक्षा प्रौद्योगिकी (जैसे एआई आधारित दोष भविष्यवाणी);
मानकीकृत मॉड्यूल डिज़ाइन (जैसे सुरक्षात्मक आईपी कोर जो ऑटोसार विनिर्देशों का अनुपालन करते हैं)।