BMS PCBA

„Unixplore Electronics BMS PCBA“ yra profesionalus baterijų valdymo plokštės sprendimas, skirtas ličio akumuliatoriams. Kaip Kinijos BMS PCBA gamintojas, gamykla, „Unixplore Electronics“ teikia PCB surinkimo sprendimus elektromobiliams, energijos kaupimui ir elektroninio mobilumo sistemoms.

Siųsti užklausą

Prekės aprašymas

Atlikęs 20 metų gedimų analizę EV, energijos saugojimo ir e. mobilumo sektoriuose, aš tiksliai dokumentavau, kuo 10 metų BMS skiriasi nuo 6 mėnesių pavojaus. Šiame vadove pateikiamos inžinerinės specifikacijos, išdėstymo taisyklės ir tikrinimo metodai, pagrįsti realiais lauko duomenimis.

Ką turi padaryti BMS PCBA

A BMS PCBA stebi, apsaugo ir subalansuoja ličio elementus. Keturios funkcijos yra nediskutuotinos:
Apsauga nuo viršįtampių (OVP): Atjunkite įkrovimą esant 4,25 V vienam elementui (Li-ion).
Apsauga nuo žemos įtampos (UVP): Atjunkite nuo 2,5 V iki 3,0 V viename elemente.
Apsauga nuo viršsrovių (OCP): greitas išjungimas (µs diapazonas) trumpiesiems jungimams.
Ląstelių balansavimas: pasyvus arba aktyvus serijos langelių išlyginimas.
Jei kurio nors iš jų trūksta, surinkimas tampa įsipareigojimu.

Pagrindiniai techniniai parametrai

Toliau pateiktos reikšmės atitinka pramonės minimumus saugiam darbui. Visada viršykite šias normas, jei norite sandėliuoti automobiliuose arba stacionariai.

Įtampos ir srovės įvertinimai

Parametras	Nuo 3S iki 7S (lengvas EV)	8S–16S (energijos saugykla)	24S+ (aukšta įtampa)
Maksimalus nuolatinis iškrovimas	nuo 20A iki 60A	nuo 60A iki 200A	200A+
Didžiausia srovė (10 sek.)	nuo 80A iki 150A	Nuo 200A iki 400A	500A+
Įkrovimo srovė	nuo 5A iki 20A	nuo 20A iki 50A	50A+
Celių įtampos tikslumas	±10mV	±5 mV	±3 mV (reikalingas aukščiausios kokybės AFE)
Temperatūros matavimo taškai	nuo 2 iki 4	nuo 4 iki 8	8 iki 12

Apsaugos suveikimo taškai (vienam elementui ličio jonų atveju)

Apsaugos tipas	Min. kelionė	Tipiška kelionė	Maksimali kelionė
Viršįtampa	4.20V	4,25 V	4.30V
Per didelės įtampos atleidimas	4.05V	4.10V	4.15V
Nepakankama įtampa	2,80V	2,50 V	2,30V
Žemos įtampos atleidimas	3.00V	3.10V	3,20V
Įkrovimo viršija srovė	1,2 karto įvertinta	1,5 karto įvertinta	2,0x įvertinta
Iškrovimo per didelė srovė	1,5 karto įvertinta	2,0x įvertinta	2,5 karto įvertinta
Trumpasis jungimas	Įvertinta nuo 3 iki 5 kartų	Per 300 µs	Per 100 µs

Ramybės srovė (miego režimas)

Baterijos tipas	Priimtina miego srovė	Didelio našumo tikslas
Li-ion (nešiojamas)	<20µA	<10µA
LiFePO4 (stacionarus)	<50µA	<30µA
EV / didelė galia	<100 µA	<50µA

PCBA išdėstymo patikimumo taisyklės

Dauguma BMS gedimų kyla dėl PCB, o ne IC. Laikykitės šių 12 taisyklių.

Kelvino jutimo pėdsakai elementų įtampai

Niekada nenukreipkite ląstelių jutimo pėdsakų per stiprios srovės kelius.
Kiekvienam elemento čiaupui reikalingas specialus pėdsakas (0,2–0,3 mm) nuo jungties tiesiai iki AFE (analoginio priekinio galo) kaiščio.
Jokių šakų: nebendrinkite jutimo pėdsakų tarp langelių.

Didelės srovės kelio projektavimas

Vario svoris: mažiausiai 2 uncijos nuo 20 A iki 50 A. 4 uncijos nuo 50 A iki 100 A.
Lygiagretūs sluoksniai: naudokite kelis lygiagrečius sluoksnius, jei srovės yra didesnės nei 60 A.
Litavimo kaukės anga: Atidenkite varį ir pridėkite papildomo litavimo, kad padidintumėte skerspjūvį. Tai sumažina atsparumą 30–40%.

Jausmo rezistoriaus išdėstymas

Keturių laidų (Kelvino) jungtis: jutimo rezistorius turi turėti tam skirtus įtampos jutimo pėdsakus iš savo trinkelių.
Vieta: 10 mm atstumu nuo AFE diferencialo įvesties kaiščių.
Pėdsakų atitikimas: jutimo pėdsakai turi būti vienodo ilgio ir lygiagrečiai, kad būtų matuojamas srovės tikslumas.

Šilumos valdymas FET

Varinė sritis: Kiekvienam MOSFET nutekėjimo padėklui reikia 300–500 mm² varinės plokštumos.
Šiluminės angos: 9–12 angų (0,3 mm skersmens) po kiekvienu FET terminiu padu.
Užpildymas: užpildytos ir uždengtos angos yra privalomos, kad litavimas būtų patikimas.

Komponentų atstumas įtampos izoliacijai

Įtampos lygis	Valymo atstumas (min.)	Atstumas (min.)
Iki 60 V (16S ličio jonų)	0,5 mm	0,2 mm
Nuo 60V iki 150V	1,5 mm	1,0 mm
Nuo 150V iki 300V	3,0 mm	2,0 mm

Žemės plokštumos padalijimas

Didelės srovės įžeminimas (galios kelias): stori pėdsakai, be skilimų.
Žemos srovės analoginis įžeminimas (AFE, jutiklis): žvaigždė prijunkite prie neigiamo akumuliatoriaus gnybto.
Prijungimo taškas: sujunkite analoginį ir maitinimo įžeminimą viename taške šalia jutimo rezistoriaus.

Komponentų pasirinkimo kontrolinis sąrašas

Patikimas BMS PCBA prasideda nuo tinkamos medžiagų sąskaitos.

Reikia viso BMS ir dizaino kontrolinio sąrašo savo BMS projektui?

Atsisiųskite nemokamą BMS PCBA kontrolinį sąrašą →

Analoginė priekinė dalis (AFE)

Funkcija	Minimalus reikalavimas	Pageidautina
Celių įtampos matavimo tikslumas	±10mV	±3 mV
Integruoti balansuojantys FET	Nuo 50 mA iki 100 mA	Išorinis balansavimas >100mA
Atidarykite laidų aptikimą	Taip	Taip
Temperatūros kanalai	3	5+

Rekomenduojamos AFE šeimos: Texas Instruments BQ769x2 (iki 16S), Analog Devices LTC681x (aukštos įtampos), NXP MC33771C (automobiliams).

Maitinimo MOSFET

Vardinė įtampa: bent 1,5 karto didesnė nei maksimali pakuotės įtampa. Jei naudojate 16S ličio jonų (67 V maks.), naudokite 100 V FET.
Srovės įvertinimas: 2x nuolatinės iškrovos srovė esant 100 °C sandūros temperatūrai.
Lygiagretūs AET: jei norite 100 A+, lygiagrečiai naudokite 4–8 AET. Vartų pėdsakai turi būti vienodo ilgio, kad būtų užtikrintas vienalaikis perjungimas.

Srovės jutimo rezistorius

Parametras	Vertė	Priežastis
Atsparumas	Nuo 0,5 mΩ iki 2 mΩ	Sumažina galios praradimą
Tolerancija	±1 % ar daugiau	Įtakoja per didelės srovės išjungimo tikslumą
Temperatūros koeficientas	±50 ppm/°C maksimaliai	Neleidžia dreifuoti nuo karščio
Medžiaga	Metalo lydinys (manganinas)	Mažas induktyvumas trumpojo jungimo aptikimui

Pasyvūs patikimumo komponentai

Kondensatoriai: tik dielektriniai X7R arba X5R. Niekada nenaudokite Y5V arba Z5U šalia AFE kaiščių.
Rezistoriai jutimo įėjimams: 1kΩ–10kΩ serijos rezistoriai kiekvienoje ląstelių jutimo linijoje. Riboja srovę gedimų metu.
TVS diodai: dviejų krypčių nuo 5 V iki 6 V per kiekvieną elemento įvestį. Apsaugo AFE nuo ESD ir laidų spyglių.

Gamybos ir tikrinimo reikalavimai

Gerai suprojektuotas BMS PCBA nepavyksta surinkti, jei šių veiksmų nepaisoma.

Procesas	Reikalavimas	Patikrinimo metodas
Litavimo pastos trafaretas	AFE ir FET trinkelių storis nuo 0,12 mm iki 0,15 mm	SPI (litavimo pastos patikrinimas)
Reflow profilis	Maksimali temperatūra nuo 240°C iki 250°C (be švino)	Profiliavimo duomenys vienoje partijoje
AOI (automatinis optinis patikrinimas)	100 % pasyviųjų komponentų aprėptis ir FET orientacija	AOI mašinų žurnalai
Rentgeno apžiūra	FET šiluminės pagalvėlės tuštumos mažiau nei 25 %	Rentgeno sistema
IKT (grandinis testas)	Visi įtampos dalikliai, FET užtvarai ir jutimo rezistoriai	IKT armatūra
Konformali danga	Akrilas arba silikonas, minimalus storis 0,03 mm	UV šviesos patikrinimas

BMS PCBA DUK

Toliau pateikiami trys techniniai klausimai, kuriuos užduoda inžinieriai ir akumuliatorių komplektuotojai.

1 klausimas: Kodėl mano BMS PCBA nuolat įjungia klaidingą apsaugą nuo viršsrovių įprasto variklio paleidimo metu?
A: Turite įsijungimo srovės problemą kartu su per greitu OCP filtru. Štai inžinerinis pataisymas:
Dauguma BMS AFE turi konfigūruojamą apsaugos nuo viršsrovės delsą (paprastai nuo 100 µs iki 1 ms). Variklio paleidimas (ypač bešepetėlius nuolatinės srovės variklius) naudoja 5x–8x vardinę srovę nuo 1 ms iki 5 ms.
1 veiksmas – išmatuokite tikrąjį įsiveržimą: naudokite osciloskopą su srovės zondu per jutimo rezistorių. Užrašykite didžiausią srovę ir trukmę blogiausio paleidimo metu (šaltas variklis, senka baterija).
2 veiksmas – sureguliuokite AFE registrus: padidinkite per didelės srovės delsą iki 2–5 ms. Laikykite trumpojo jungimo delsą 100 µs (tai apsaugo nuo negyvų šortų).
3 veiksmas – aparatinės įrangos filtro derinimas: tarp AFE srovės jutimo kaiščių pridėkite 100 nF kondensatorių. Taip sukuriamas nuo 10 µs iki 20 µs RC filtras, kuris nepaiso labai trumpų spyglių.
4 veiksmas. Jei vis tiek suveikia: jūsų jutimo rezistorius per didelis. 2mΩ rezistorius sukuria 200mV esant 100A. Perjunkite į 1 mΩ arba 0,5 mΩ, kad padidintumėte erdvę prieš viršįtampio lyginamąjį prietaisą.
Įspėjimas: Neišjunkite OCP. Klaidingos kelionės erzina. Gaisras yra nuolatinis.

2 klausimas: kaip sukurti BMS PCBA, kuris subalansuotų 16S LiFePO4 pakuotę su 200Ah elementais?
A: Standartiniai integruoti balansuojantys FET (50–100 mA) užtruks nuo 80 iki 160 valandų, kol bus subalansuoti 200 Ah elementai. Tai yra netinkama naudoti. Jums reikia išorinio pasyvaus balansavimo arba aktyvaus balansavimo.
A variantas – išorinis pasyvus balansavimas (rentabilus):
Naudokite AFE, kuris valdo išorinius balansavimo FET (pvz., BQ76952 su išoriniais N kanalo FET).
Komponentų pasirinkimas ląstelėje:
Balansuojantis rezistorius: nuo 10Ω iki 22Ω, nuo 5W iki 10W (metalo oksidas arba vielinė apvija).
Balansuojantis FET: 60V, 5A, Rds(įjungta) < 50mΩ.
Balansavimo srovė: nuo 200 mA iki 500 mA. (Naudojamas 10 Ω rezistorius prie 3,3 V elemento = 330 mA.)
PCB šiluminis reikalavimas: Kiekvienas rezistorius išsklaido nuo 1 W iki 1,5 W. Vienam rezistoriui reikia 500 mm² vario ploto.
B parinktis – aktyvus balansavimas (didelis našumas):
Naudokite aktyvųjį balansavimo IC (pvz., Analog Devices LTC3300 arba Texas Instruments BQ79616).
Topologija: talpinė arba transformatorinė.
Balansavimo srovė: nuo 1A iki 5A viename elemente.
Efektyvumas: nuo 85% iki 92%.
PCB sudėtingumas: reikia nuo 6 iki 8 sluoksnių, atsargiai atskiriant ląsteles.
200 Ah elementų rekomendacija: naudokite išorinį pasyvų balansavimą esant 300–500 mA. Ant balansavimo rezistorių matricos pridėkite radiatorių. Aktyvus balansavimas tik tuo atveju, jei ciklo trukmė yra kritinė ir biudžetas leidžia 2 kartus didesnes PCBA išlaidas.

3 klausimas: kokius testus turi išlaikyti BMS PCBA, kad galėčiau jį patvirtinti gamybai?
A: reikia atlikti penkis testus. Nepraleiskite nė vieno.

Testas	Metodas	Išlaikymo / nesėkmės kriterijai
1. Elemento įtampos matavimo tikslumas	Prie kiekvieno elemento įėjimo per rezistorių skirstytuvą pritaikykite tikslią nuo 0 V iki 5 V. Palyginkite AFE rodmenis su DMM (6,5 skaitmens).	±5 mV didžiausia paklaida visose ląstelėse esant 25 °C temperatūrai. ±10mV nuo -20°C iki +60°C.
2. Viršutinės įtampos / žemos įtampos išjungimas	Lėtai didinkite ir sumažinkite elementų įtampą. Įrašykite AFE kelionės ir išleidimo taškus.	Išjungimas ±10 mV nuo užprogramuotos vertės. Histerezė tarp 0,05 V ir 0,15 V.
3. Viršutinės srovės kelionės testas	Taikyti impulsinę srovę iš elektroninės apkrovos. Padidinkite žingsnius. Įrašykite kelionės tašką ir reakcijos laiką.	Išjungimo srovė ±5 % užprogramuotos vertės. Išjungimo laikas trumpesnis nei 1 ms.
4. Balansavimo funkcija	Priverskite vieną elementą 50 mV didesnę nei kiti. Įjunkite balansavimą 1 val.	Ląstelių įtampa susilygina iki 15 mV. FET temperatūra pakyla iki 40°C.
5. Miego režimo srovė	Ištraukite visą išorinį maitinimą. Po 10 minučių išmatuokite akumuliatoriaus energijos suvartojimą.	Mažiau nei 50 µA LiFePO4 stacionariai. Mažiau nei 20 µA nešiojamiesiems ličio jonams.