اصول محافظت از باتری خودرو در قسمت جلو

—— توضیح فناوری محافظت در برابر قطب‌گیری معکوس

۱. چیست محافظت در برابر قطب‌گیری معکوس؟

محافظت در برابر قطب‌گیری معکوس (RPP) برای جلوگیری از آسیب به سیستم‌ها زمانی که باتری به صورت معکوس متصل می‌شود استفاده می‌شود. این موضوع به طور معمول در سیستم‌های توان خودرو، سیستم‌های مدیریت باتری (BMS) و ماژول‌های مختلف ورودی DC ولتاژ پایین دیده می‌شود.
سه نوع پایه‌ای از مدارهای محافظت در برابر قطب‌گیری معکوس وجود دارد:
- دیود استاندارد سری/شاتکی
- موسفت کانال P سویه بالا
- موسفت کانال N سویه بالا

راه‌حل‌های اصلی محافظت در برابر قطبیده شدن معکوس

2.1 روش سری دیود

اصل پایه: یک دیود استاندارد یا شاتکی به صورت سری با خط تغذیه مثبت قرار داده می‌شود و فقط زمانی جریان برق را انتقال می‌دهد که قطبیت درست باشد.

مقایسه فنی:

کاربرد: برنامه های مصرف کم انرژی یا حساس به هزینه.

راه حل موسفت کانال P 2.2 (توصیه شده)

ساختار مدار: یک موسفت تقویتی کانال P در سری با خط تغذیه مثبت قرار داده می شود، اغلب با یک دیود زنر برای حفاظت از دروازه.
اصل کار:
- وقتی به درستی متصل شود، دیود بدنه موسفت رسانا می شود و ترمینال منبع ولتاژ باتری را دریافت می کند.
- گیت به 0 ولت است، که Vgs را منفی می‌کند و MOSFET را روشن می‌کند.
- دیود زنر Vgs را به ولتاژ نامه‌ای محدود می‌کند.

هنگام معکوس شدن: دیود بدن در حالت پس‌بیاس قرار دارد، MOSFET خاموش است، مدار قطع شده و سیستم محافظت یافته است.

مزایا: مقاومت روشن بسیار کم، از دیودها کمتر انرژی از دست می‌دهد. نیازی به درایور خارجی نیست.

کاربرد: به طور معمول در الکترونیک خودرو، ECU‌ها و انتهای جلویی BMS استفاده می‌شود.

حلال 2.3 ترانزیستور MOSFET کانال N (با عملکرد بالا)

ویژگی‌ها:
- Rds(on) پایین‌تر از کانال P، مناسب برای سیستم‌های جریان بالا.
- دروازه نیاز به مخزن بار یا راننده بوست دارد تا Vgs را بالاتر از منبع بکشاند.
در اتصال معکوس: دیود بدنه معکوس‌بیاس است، راندمان دروازه غیرفعال است و ترانزیستور MOSFET خاموش می‌ماند.
کاربرد: مناسب برای سیستم‌های با کارایی بالا مانند کنترلرهای پیشرفته EV.

راه‌حل‌های مبتنی بر کنترلر 2.4: RPP نسبت به کنترلرهای دیود ایده‌آل

3. دینامیکی نسبت به استاتیکی قطبیت معکوس

قطبیت معکوس استاتیکی: اتصال معکوس بلندمدت، نیازمند محافظت پایدار است.
قطبیت معکوس دینامیکی: اتصال معکوس موقت، مثلاً اتصال غلط لحظه‌ای، نیازمند پاسخ سریع است.

4. محافظت رله مکانیکی (مکمل)

مزایا:
- توانایی تحمل جریان اوج بالا با کاهش ولتاژ مینیمال.
- فراهم آوردن قطع کامل مدار هنگام باز بودن.
معایب:
- اندازه بزرگ، مدت زندگی محدود.
- پاسخ کند، مناسب برای شیفت‌های مکرر نیست.

5. خلاصه و راهنمای انتخاب