> محصولات و خدمات > PCBA > PCBA الکترونیک مصرفی > BMS PCBA

BMS PCBA

Unixplore Electronics BMS PCBA یک راه حل برد مدار مدیریت باتری حرفه ای است که برای کاربردهای باتری لیتیومی طراحی شده است. Unixplore Electronics به عنوان تولید کننده، کارخانه BMS PCBA چین، راه حل های مونتاژ PCB را برای EV، ذخیره انرژی و سیستم های حمل و نقل الکترونیکی ارائه می دهد.

ارسال استعلام

توضیحات محصول

با 20 سال تجزیه و تحلیل خرابی در بخش‌های EV، ذخیره‌سازی انرژی و تحرک الکترونیکی، من دقیقاً آنچه را که یک BMS 10 ساله را از یک خطر 6 ماهه جدا می‌کند، مستند کرده‌ام. این راهنما مشخصات مهندسی، قوانین چیدمان و روش های تأیید را بر اساس بازده میدان واقعی ارائه می دهد.

کاری که یک BMS PCBA باید انجام دهد

BMS PCBA سلول‌های لیتیوم را نظارت، محافظت و متعادل می‌کند. چهار عملکرد غیر قابل مذاکره هستند:
محافظت در برابر ولتاژ (OVP): شارژ را با ولتاژ 4.25 ولت در هر سلول (Li-ion) قطع کنید.
محافظت در برابر ولتاژ (UVP): تخلیه 2.5 تا 3.0 ولت در هر سلول را قطع کنید.
حفاظت از جریان بیش از حد (OCP): سفر سریع (محدوده میکرو ثانیه) برای اتصال کوتاه.
تعادل سلولی: تساوی غیرفعال یا فعال در سلول‌های سری.
از دست دادن هر یک از این موارد، مجمع را به یک مسئولیت تبدیل می کند.

پارامترهای فنی اصلی

مقادیر زیر حداقل های صنعت را برای عملیات ایمن نشان می دهد. برای ذخیره سازی خودرو یا ثابت، همیشه از این موارد تجاوز کنید.

رتبه بندی ولتاژ و جریان

پارامتر	3S تا 7S (Light EV)	8S تا 16S (ذخیره انرژی)	24S+ (ولتاژ بالا)
حداکثر تخلیه مداوم	20 آمپر تا 60 آمپر	60 آمپر تا 200 آمپر	200A+
حداکثر جریان (10 ثانیه)	80 آمپر تا 150 آمپر	200 آمپر تا 400 آمپر	500A+
جریان شارژ	5 آمپر تا 20 آمپر	20 آمپر تا 50 آمپر	50A+
دقت ولتاژ سلول	± 10 میلی ولت	± 5 میلی ولت	± 3 میلی ولت (AFE برتر مورد نیاز)
نقاط اندازه گیری دما	2 تا 4	4 تا 8	8 تا 12

نقاط سفر حفاظتی (در هر سلول برای Li-Ion)

نوع حفاظت	حداقل سفر	سفر معمولی	حداکثر سفر
اضافه ولتاژ	4.20 ولت	4.25 ولت	4.30 ولت
آزادسازی بیش از حد ولتاژ	4.05 ولت	4.10 ولت	4.15 ولت
کم ولتاژ	2.80 ولت	2.50 ولت	2.30 ولت
رهاسازی ولتاژ کم	3.00 ولت	3.10 ولت	3.20 ولت
شارژ بیش از حد جریان	امتیاز 1.2 برابر	امتیاز 1.5 برابر	امتیاز 2.0x
تخلیه بیش از حد جریان	امتیاز 1.5 برابر	امتیاز 2.0x	امتیاز 2.5 برابر
اتصال کوتاه	دارای امتیاز 3 برابر تا 5 برابر	در 300µs	در عرض 100µs

جریان ساکن (حالت خواب)

نوع باتری	جریان خواب قابل قبول	هدف با عملکرد بالا
لیتیوم یون (قابل حمل)	<20µA	<10µA
LiFePO4 (ثابت)	<50µA	<30µA
EV / قدرت بالا	<100µA	<50µA

قوانین چیدمان PCBA برای قابلیت اطمینان

بیشتر خرابی‌های BMS از PCB منشا می‌گیرد، نه IC. این 12 قانون را دنبال کنید.

ردیابی حس کلوین برای ولتاژ سلول

هرگز ردیابی حس سلولی را از طریق مسیرهای با جریان بالا هدایت نکنید.
هر شیر سلولی به یک ردی اختصاصی (0.2 میلی متر تا 0.3 میلی متر) از کانکتور مستقیماً به پین AFE (Analog Front End) نیاز دارد.
بدون انشعاب: ردیابی حسی را بین سلول ها به اشتراک نگذارید.

طراحی مسیر با جریان بالا

وزن مس: حداقل 2 اونس برای 20 آمپر تا 50 آمپر. 4 اونس برای 50 آمپر تا 100 آمپر.
لایه های موازی: برای جریان های بالای 60 آمپر از چندین لایه به صورت موازی استفاده کنید.
دهانه ماسک لحیم کاری: مس را در معرض دید قرار دهید و برای افزایش سطح مقطع لحیم اضافی اضافه کنید. این باعث کاهش 30% تا 40% مقاومت می شود.

محل قرارگیری مقاومت حسی

اتصال چهار سیمه (کلوین): مقاومت حسگر باید دارای ردپای تشخیص ولتاژ اختصاصی از پدهای خود باشد.
محل قرارگیری: در 10 میلی متر از پایه های ورودی دیفرانسیل AFE.
تطبیق ردیابی: برای دقت اندازه‌گیری فعلی، ردیابی‌های حسی باید طول مساوی و موازی باشند.

مدیریت حرارتی برای FET

سطح مس: هر پد تخلیه ماسفت به صفحه مسی 300 میلی‌متر مربع تا 500 میلی‌متر مربع نیاز دارد.
دریچه های حرارتی: 9 تا 12 ویا (قطر 0.3 میلی متر) زیر هر پد حرارتی FET.
از طریق پر کردن: برای قابلیت اطمینان لحیم کاری، ویزهای پر شده و درپوش دار اجباری هستند.

فاصله اجزاء برای جداسازی ولتاژ

سطح ولتاژ	فاصله خزشی (حداقل)	ترخیص (حداقل)
تا 60 ولت (16S Li-ion)	0.5 میلی متر	0.2 میلی متر
60 ولت تا 150 ولت	1.5 میلی متر	1.0 میلی متر
150 ولت تا 300 ولت	3.0 میلی متر	2.0 میلی متر

شکاف هواپیمای زمینی

زمین با جریان بالا (مسیر برق): ردپای ضخیم، بدون شکاف.
زمین آنالوگ جریان کم (AFE، حس): به ترمینال منفی باتری ستاره متصل شود.
نقطه اتصال: زمین آنالوگ و برق را در یک نقطه نزدیک به مقاومت حسی وصل کنید.

چک لیست انتخاب مولفه

یک BMS PCBA قابل اعتماد با صورتحساب مواد مناسب شروع می‌شود.

به چک لیست کامل BOM و طراحی برای پروژه BMS خود نیاز دارید؟

دانلود رایگان BMS PCBA چک لیست →

آنالوگ جلویی (AFE)

ویژگی	حداقل مورد نیاز	ترجیح داده شده است
دقت اندازه گیری ولتاژ سلول	± 10 میلی ولت	± 3 میلی ولت
FET های متعادل کننده داخلی	50 میلی آمپر تا 100 میلی آمپر	تعادل خارجی برای بیش از 100 میلی آمپر
Wire Detection را باز کنید	بله	بله
کانال های دما	3	5+

خانواده‌های AFE توصیه‌شده: Texas Instruments BQ769x2 (تا 16S)، دستگاه‌های آنالوگ LTC681x (ولتاژ بالا)، NXP MC33771C (خودرو).

ماسفت های قدرتی

رتبه ولتاژ: حداقل 1.5 برابر حداکثر ولتاژ بسته. برای 16S Li-ion (حداکثر 67 ولت)، از FET 100 ولت استفاده کنید.
رتبه‌بندی جریان: 2 برابر جریان تخلیه مداوم در دمای محل اتصال 100 درجه سانتی‌گراد.
FET های موازی: برای 100A+، از 4 تا 8 FET به صورت موازی استفاده کنید. برای اطمینان از سوئیچینگ همزمان، طول مسیرهای دروازه باید برابر باشد.

مقاومت حس جریان

پارامتر	ارزش	دلیل
مقاومت	0.5mΩ تا 2mΩ	تلفات برق را به حداقل می رساند
تحمل	± 1٪ یا بهتر	بر دقت سفر بیش از حد جریان تأثیر می گذارد
ضریب دما	حداکثر ± 50ppm/°C	از رانش با گرما جلوگیری می کند
مواد	آلیاژ فلز (مانگانین)	اندوکتانس پایین برای تشخیص اتصال کوتاه

اجزای غیرفعال برای قابلیت اطمینان

خازن ها: فقط دی الکتریک X7R یا X5R. هرگز از Y5V یا Z5U در نزدیکی پین های AFE استفاده نکنید.
مقاومت‌ها برای ورودی‌های حسی: مقاومت‌های سری 1kΩ تا 10kΩ در هر خط حس سلولی. جریان را در طول رویدادهای خطا محدود می کند.
دیودهای TVS: 5 تا 6 ولت دو جهته در هر ورودی سلول. از AFE در برابر ESD و میخ های دسته سیم محافظت می کند.

الزامات ساخت و بازرسی

اگر این مراحل نادیده گرفته شوند، یک PCBA BMS که به خوبی طراحی شده است، مونتاژ نمی‌شود.

فرآیند	مورد نیاز	روش بازرسی
شابلون خمیر لحیم کاری	ضخامت 0.12mm تا 0.15mm برای پدهای AFE و FET	SPI (بازرسی خمیر لحیم کاری)
نمایه جریان مجدد	حداکثر دمای 240 تا 250 درجه سانتی گراد (بدون سرب)	داده های پروفایل در هر دسته
AOI (بازرسی نوری خودکار)	پوشش 100٪ روی اجزای غیرفعال و جهت گیری FET	سیاهههای مربوط به دستگاه AOI
بازرسی اشعه ایکس	فضای خالی پد حرارتی FET کمتر از 25٪	سیستم اشعه ایکس
ICT (تست درون مدار)	تمام تقسیم کننده های ولتاژ، گیت های FET و مقاومت های حسی	تجهیزات ICT
پوشش منسجم	اکریلیک یا سیلیکون، حداقل ضخامت 0.03 میلی متر	بازرسی نور UV

سوالات متداول BMS PCBA

در زیر سه سوال فنی از مهندسان و مونتاژکنندگان بسته باتری آورده شده است.

Q1: چرا BMS PCBA من در طول راه اندازی معمولی موتور، حفاظت کاذب جریان بیش از حد را راه اندازی می کند؟
پاسخ: مشکل فعلی هجومی همراه با فیلتر OCP بسیار سریع دارید. این هم تعمیر مهندسی:
اکثر AFEهای BMS دارای تاخیر حفاظتی بیش از حد جریان قابل تنظیم هستند (معمولاً 100 میکرو ثانیه تا 1 میلی ثانیه). راه اندازی موتور (مخصوصاً موتورهای DC بدون جاروبک) جریان نامی 5x تا 8 برابر را برای 1ms تا 5ms می کشد.
مرحله ۱ - هجوم واقعی را اندازه‌گیری کنید: از یک اسیلوسکوپ با یک پروب جریان در سراسر مقاومت حسی استفاده کنید. حداکثر جریان و مدت زمان راه اندازی را در بدترین حالت (موتور سرد، باتری کم) ثبت کنید.
مرحله ۲ - ثبت‌های AFE را تنظیم کنید: تأخیر جریان اضافی را به ۲ تا ۵ میلی‌ثانیه افزایش دهید. تأخیر اتصال کوتاه را روی 100µs نگه دارید (این کار در برابر شورت های مرده محافظت می کند).
مرحله 3 - تنظیم فیلتر سخت‌افزار: یک خازن 100nF بین پین‌های حس جریان AFE اضافه کنید. این یک فیلتر RC 10µs تا 20µs ایجاد می کند که میخ های بسیار کوتاه را نادیده می گیرد.
مرحله ۴ - اگر همچنان خاموش است: مقاومت حسی شما خیلی بزرگ است. یک مقاومت 2mΩ 200mV در 100A تولید می کند. برای افزایش فضای سر قبل از حرکت مقایسه‌کننده بیش از حد جریان، به 1mΩ یا 0.5mΩ تغییر دهید.
هشدار: OCP را غیرفعال نکنید. سفرهای دروغین آزاردهنده هستند. آتش سوزی دائمی است.

Q2: چگونه می توانم یک BMS PCBA طراحی کنم که بسته 16S LiFePO4 را با سلول های 200Ah متعادل کند؟
A: تعادل یکپارچه FET های استاندارد (۵۰ میلی آمپر تا ۱۰۰ میلی آمپر) بین سلول های ۲۰۰ آمپر ساعتی بین ۸۰ تا ۱۶۰ ساعت زمان نیاز دارد. که غیر قابل استفاده است. شما به تعادل غیرفعال خارجی یا متعادل سازی فعال نیاز دارید.
گزینه A - تعادل غیرفعال خارجی (مقرون به صرفه):
از AFE استفاده کنید که FET های متعادل کننده خارجی را کنترل می کند (به عنوان مثال، BQ76952 با FET های کانال N خارجی).
انتخاب جزء در هر سلول:
مقاومت متعادل کننده: 10Ω تا 22 Ω، 5 وات تا 10 وات (اکسید فلز یا سیم پیچ).
FET متعادل کننده: 60 ولت، 5 آمپر، Rds (روشن) < 50 میلی‌امه.
جریان متعادل کننده: 200 میلی آمپر تا 500 میلی آمپر. (با استفاده از مقاومت 10Ω در سلول 3.3 ولت = 330 میلی آمپر.)
نیاز حرارتی PCB: هر مقاومت 1W تا 1.5W را از بین می برد. به مساحت 500 میلی متر مربع در هر مقاومت نیاز دارد.
گزینه B - تعادل فعال (با عملکرد بالا):
از یک IC متعادل کننده فعال (به عنوان مثال، دستگاه های آنالوگ LTC3300 یا Texas Instruments BQ79616) استفاده کنید.
توپولوژی: خازنی یا مبتنی بر ترانسفورماتور.
جریان متعادل کننده: 1 آمپر تا 5 آمپر در هر سلول.
راندمان: 85 تا 92 درصد.
پیچیدگی PCB: به 6 تا 8 لایه، جداسازی دقیق بین سلول ها نیاز دارد.
توصیه برای سلول‌های 200Ah: از تعادل غیرفعال خارجی در 300 تا 500 میلی‌آمپر استفاده کنید. یک هیت سینک روی آرایه مقاومت متعادل کننده اضافه کنید. تعادل فعال فقط در صورتی که عمر چرخه حیاتی باشد و بودجه اجازه دهد هزینه PCBA 2 برابر بیشتر شود.

Q3: قبل از اینکه یک BMS PCBA آن را برای تولید تأیید کنم، چه آزمایش‌هایی باید انجام شود؟
پاسخ: به پنج آزمایش نیاز است. هیچ کدام را نادیده نگیرید.

تست کنید	روش	معیارهای قبولی / شکست
1. دقت اندازه گیری ولتاژ سلول	از طریق تقسیم کننده مقاومت، دقت 0 تا 5 ولت را به هر ورودی سلول اعمال کنید. خواندن AFE را با DMM (6.5 رقمی) مقایسه کنید.	حداکثر خطای ± 5 میلی ولت در تمام سلول ها در دمای 25 درجه سانتی گراد. ± 10 میلی ولت از -20 درجه سانتیگراد تا +60 درجه سانتیگراد.
2. سفر بیش از حد ولتاژ / کم ولتاژ	به آرامی ولتاژ سلول را بالا و پایین کنید. نقاط سفر و رهاسازی AFE را ضبط کنید.	سفر در ± 10mV از مقدار برنامه ریزی شده. هیسترزیس بین 0.05 ولت و 0.15 ولت.
3. تست سفر بیش از حد فعلی	اعمال جریان پالسی از بار الکترونیکی. افزایش در مراحل. نقطه سفر و زمان پاسخ را ثبت کنید.	جریان قطع در ± 5٪ از مقدار برنامه ریزی شده. زمان سفر کمتر از 1 میلی ثانیه برای اتصال کوتاه.
4. عملکرد متعادل کننده	یک سلول را 50 میلی ولت بالاتر از بقیه فشار دهید. تعادل را به مدت 1 ساعت فعال کنید.	ولتاژ سلول تا 15 میلی ولت برابر می شود. افزایش دمای FET زیر 40 درجه سانتیگراد.
5. جریان حالت خواب	تمام برق خارجی را حذف کنید. مصرف جریان از بسته باتری را پس از 10 دقیقه اندازه گیری کنید.	زیر 50µA برای LiFePO4 ثابت. کمتر از 20µA برای لیتیوم یون قابل حمل.