Comment les diodes peuvent-elles empêcher le reflux de courant lorsque les modules de batterie sont connectés en parallèle ?

一, Le mécanisme de déclenchement et les dangers du reflux de courant
1. Conditions de déclenchement
L'essence du reflux de courant est le flux inverse d'énergie, et sa condition de déclenchement principale est que la tension aux bornes de charge (V_load) est supérieure à la tension aux bornes d'alimentation (V_supply). Dans un système de batterie parallèle, les scénarios typiques incluent :

Déséquilibre de tension entre les blocs-batteries : lorsqu'un bloc-batterie subit une augmentation de tension en raison de différences de SOC (charge restante) ou d'une résistance interne incohérente, il peut inverser la charge vers d'autres blocs-batteries basse tension-.
Mutation de charge : la force électromotrice inverse générée lorsque les charges inductives telles que les moteurs et les inducteurs sont mises hors tension peut retourner vers la batterie par des chemins parallèles.
Commutation d'alimentation transitoire : lors de la commutation entre deux sources d'alimentation (telles que le secteur et la batterie de secours), si la tension de la source d'alimentation de secours augmente plus rapidement que celle de la source d'alimentation principale, cela peut provoquer un bref reflux.
2. Analyse des dangers
Les risques de reflux de courant sont directement liés au niveau de puissance du système :

Scénarios de basse tension et de faible-consommation (tels que les appareils électroniques grand public) : un courant de reflux peut pénétrer dans le circuit intégré de charge, empêchant ainsi l'appareil de se charger, voire de griller.
Scénarios haute tension et haute-puissance (tels que les alimentations industrielles) : le courant de reflux peut générer une circulation excessive à l'intérieur de la batterie, accélérer le vieillissement de la batterie et même provoquer un emballement thermique.
Équipements côté réseau (tels que les onduleurs photovoltaïques) : le courant de reflux peut provoquer des fluctuations de tension dans le réseau, affecter le fonctionnement d'autres équipements et même déclencher le déclenchement de la protection du réseau.
2, principe technique et points de sélection de la diode anti-reflux
1. Conductivité unidirectionnelle : Construire des barrières de protection de base
La caractéristique essentielle d'une diode réside dans la conductivité unidirectionnelle de sa jonction PN, qui permet uniquement au courant de circuler de l'anode (A) vers la cathode (K), avec coupure inverse. Dans un système de batterie parallèle, les diodes empêchent le reflux grâce au mécanisme suivant :

Conduction directe : lorsque la tension de la batterie est supérieure à la tension aux bornes de la charge, la diode conduit pour alimenter la charge.
Coupure inverse : lorsque la tension à l'extrémité de la charge augmente en raison d'un défaut ou d'une commutation transitoire, la diode se coupe automatiquement, bloquant le chemin du courant inverse.
2. Sélection des paramètres clés
Selon les exigences de tension, de courant et d'efficacité du système parallèle de batterie, la sélection des diodes doit se concentrer sur les paramètres suivants :

Chute de tension positive (V_F) : affecte directement l'efficacité du système. Les diodes ordinaires ont un V_F d'environ 0,6 à 0,8 V, tandis que les diodes Schottky peuvent le réduire à 0,2 à 0,4 V. Par exemple, dans un système de stockage d'énergie 48 V, l'utilisation de diodes Schottky (telles que la MBR1045CT) peut réduire les pertes par conduction de plus de 60 %.
Temps de récupération inverse (Trr) : dans les scénarios de commutation à haute fréquence-, Trr doit être inférieur à 10 ns pour éviter les pertes de commutation. Le Trr des diodes à récupération rapide (telles que FR107) est d'environ 50 ns, tandis que les diodes Schottky ont un temps de récupération inverse proche de zéro.
Courant nominal (I2) : il doit être supérieur à 1,5 fois le courant de fonctionnement maximum du système. Par exemple, dans un système parallèle de 100 A, des diodes avec un I2 supérieur ou égal à 150 A (telles que SS34) doivent être sélectionnées.
Capacité de charge de courant de surtension (I2FSM) : elle doit couvrir les courants transitoires élevés pendant le démarrage ou la panne du système. Par exemple, dans le BMS automobile, il est nécessaire de sélectionner des diodes avec un I2 FSM supérieur ou égal à 300A pour faire face aux changements brusques de charge.
3, scénarios d'application typiques et pratiques d'ingénierie
1. Protection parallèle des packs de batteries de véhicules électriques
Dans le module de batterie Tesla 4680, les diodes et les MOSFET fonctionnent ensemble pour obtenir un contrôle anti-reflux et équilibré :

Conception anti-reflux : les diodes Schottky (telles que CBRD1045-40) sont connectées en série à l'extrémité de sortie de chaque groupe de cellules de batterie, avec une tension de tenue de 40 V couvrant les exigences des systèmes 12 V/24 V. Lorsque la tension d'un certain groupe de cellules de batterie augmente anormalement, la diode correspondante s'éteint pour empêcher une charge inversée.
Contrôle équilibré : l'équilibrage passif est obtenu en connectant de petites diodes de signal (telles que BAS70-04) en parallèle avec des résistances d'équilibrage. Lorsque la tension d'une certaine cellule de batterie est trop élevée, la diode du circuit d'équilibrage conduit, formant un courant de dérivation pour éviter la surcharge.
2. Connexion parallèle de plusieurs batteries dans un système de stockage d'énergie photovoltaïque
Dans l'onduleur photovoltaïque de Sunac Power, le réseau de diodes réalise une commutation intelligente de plusieurs packs de batteries :

Contrôle de priorité : utilisation de tubes et de diodes MOS dos à dos-à-pour obtenir une commutation automatique entre les blocs-batteries principaux (tels que les batteries au lithium) et les blocs-batteries de secours (tels que les batteries au plomb-acide). Lorsque la tension de la batterie principale est inférieure au seuil, la batterie de secours est automatiquement connectée via une diode pour éviter le reflux.
Optimisation EMI : réseau d'absorption RC parallèle (tel que R=10 Ω, C=100nF), supprime le bruit de commutation de 40 dB pour répondre à la norme CEI 61000-4-5.
3. Anti-reflux du système UPS du centre de données
Dans l'onduleur du centre de données Huawei, le contrôleur de diode idéal (tel que le LM66100DCK) permet d'éviter toute chute de tension et tout refoulement :

Principe de fonctionnement : simulant une « diode idéale » via un transistor PMOS interne, la chute de tension pendant la conduction directe n'est que de quelques milliohms et elle s'éteint rapidement pendant la conduction inverse (temps de réponse<10 μ s).
Logique de protection : lorsque l'alimentation secteur est coupée, le contrôleur détecte automatiquement une chute de tension et coupe le chemin du courant inverse dans un délai de 10 μs pour empêcher l'énergie de la batterie de refluer vers l'extrémité secteur.