> Продукти та послуги > PCBA > Побутова електроніка PCBA > BMS PCBA

BMS PCBA

Unixplore Electronics BMS PCBA — це професійне рішення для керування друкованою платою акумулятора, розроблене для літієвих батарей. Unixplore Electronics, як виробник і фабрика BMS PCBA в Китаї, надає рішення для збірки друкованих плат для електромобілів, накопичувачів енергії та систем електронної мобільності.

Надіслати запит

Опис продукту

Завдяки 20-річному аналізу несправностей у секторах електромобілів, накопичувачів енергії та електромобільності я точно задокументував, що відрізняє 10-річну BMS від 6-місячної небезпеки. Цей посібник містить технічні специфікації, правила компонування та методи перевірки на основі результатів реальних полів.

Що повинен робити BMS PCBA

BMS PCBA контролює, захищає та балансує літієві елементи. Чотири функції не підлягають обговоренню:
Захист від перенапруги (OVP): відключення заряду при напрузі 4,25 В на елемент (Li-ion).
Захист від низької напруги (UVP): відсікання розряду при напрузі від 2,5 до 3,0 В на елемент.
Захист від перевантаження по струму (OCP): Швидке відключення (діапазон мкс) для коротких замикань.
Балансування комірок: пасивне або активне вирівнювання між комірками серії.
Відсутність будь-якого з них перетворює збірку на зобов’язання.

Основні технічні параметри

Наступні значення представляють галузеві мінімуми для безпечної роботи. Завжди перевищуйте ці для автомобільного чи стаціонарного зберігання.

Номінальна напруга та струм

Параметр	3S до 7S (Light EV)	8S до 16S (зберігання енергії)	24S+ (висока напруга)
Максимальний безперервний розряд	від 20А до 60А	60A до 200A	200A+
Піковий струм (10 с)	80A до 150A	200A до 400A	500A+
Струм заряду	від 5А до 20А	20A до 50A	50A+
Точність напруги клітинки	±10 мВ	±5 мВ	±3 мВ (потрібен преміальний AFE)
Точки вимірювання температури	2 до 4	4 до 8	8 до 12

Очки захисту (на комірку для Li-Ion)

Тип захисту	Мінімальна поїздка	Типова подорож	Максимальна поїздка
Перенапруга	4,20 В	4,25 В	4,30 В
Розчіплювач перенапруги	4,05 В	4,10 В	4,15 В
Знижена напруга	2,80 В	2,50 В	2,30 В
Розчіплювач зниженої напруги	3,00 В	3,10 В	3,20 В
Перевищення струму заряду	Оцінка 1,2x	Оцінка 1,5x	Оцінка 2,0x
Перевищення струму розряду	Оцінка 1,5x	Оцінка 2,0x	Оцінка 2,5x
Коротке замикання	Оцінка від 3 до 5 разів	Протягом 300 мкс	Протягом 100 мкс

Струм спокою (режим сну)

Тип батареї	Прийнятний струм сну	Високоефективна ціль
Li-ion (портативний)	<20 мкА	<10 мкА
LiFePO4 (стаціонарний)	<50 мкА	<30 мкА
EV / Висока потужність	<100 мкА	<50 мкА

Правила компонування PCBA для надійності

Більшість збоїв BMS виникають на друкованій платі, а не на мікросхемах. Дотримуйтесь цих 12 правил.

Сліди Кельвіна для напруг клітин

Ніколи не направляйте датчики клітинки через шляхи з високим струмом.
Для кожного відводу комірки потрібна спеціальна лінія (від 0,2 мм до 0,3 мм) від роз’єму безпосередньо до контакту AFE (аналогового переднього кінця).
Відсутність розгалуження: не передавати сліди відчуттів між клітинками.

Конструкція шляхів сильного струму

Вага міді: мінімум 2 унції для струму від 20 A до 50 A. 4 унції для 50A до 100A.
Паралельні шари: використовуйте кілька шарів паралельно для струмів понад 60 А.
Отвір паяльної маски: Оголіть мідь і додайте додатковий припій, щоб збільшити поперечний переріз. Це знижує опірність на 30-40%.

Розміщення сенсорного резистора

Чотирипровідне з’єднання (за шкалою Кельвіна): резистор вимірювання напруги повинен мати спеціальну лінію вимірювання напруги від контактів.
Розміщення: в межах 10 мм від контактів диференціального входу AFE.
Зіставлення слідів: для точності поточного вимірювання сліди датчиків мають бути однакової довжини та паралельні.

Керування температурою для польових транзисторів

Область міді: кожна дренажна площадка MOSFET вимагає мідної площини від 300 мм² до 500 мм².
Теплові отвори: від 9 до 12 отворів (діаметром 0,3 мм) під кожною термальною прокладкою FET.
Заповнення отворів: заповнені та закриті отвори є обов’язковими для надійності пайки.

Відстань між компонентами для ізоляції напруги

Рівень напруги	Шлях спливання (хв.)	Кліренс (хв.)
До 60 В (16S Li-ion)	0,5 мм	0,2 мм
від 60 В до 150 В	1,5 мм	1,0 мм
150В до 300В	3,0 мм	2,0 мм

Розщеплення площини землі

Сильне заземлення (шлях живлення): Товсті сліди, без розривів.
Слабкострумове аналогове заземлення (AFE, датчик): з’єднайте зіркою мінусову клему акумулятора.
Точка з’єднання: з’єднайте аналоговий сигнал і заземлення живлення в одній точці біля сенсорного резистора.

Контрольний список вибору компонентів

Надійний BMS PCBA починається з правильного списку матеріалів.

Потрібна повна специфікація та контрольний список проектів для вашого проекту BMS?

Завантажте безкоштовний контрольний список BMS PCBA →

Аналоговий інтерфейс (AFE)

Особливість	Мінімальні вимоги	Бажано
Точність вимірювання напруги клітинки	±10 мВ	±3 мВ
Вбудований балансуючий польовий транзистор	від 50 мА до 100 мА	Зовнішнє балансування для >100 мА
Виявлення відкритого проводу	так	так
Температурні канали	3	5+

Рекомендовані сімейства AFE: Texas Instruments BQ769x2 (до 16S), Analog Devices LTC681x (висока напруга), NXP MC33771C (автомобільний).

Потужність MOSFET

Номінальна напруга: принаймні 1,5-кратна максимальна напруга пакета. Для літій-іонних 16S (макс. 67 В) використовуйте 100 В польових транзисторів.
Номінальний струм: 2x безперервний струм розряду при температурі переходу 100°C.
Паралельні польові транзисти: для 100A+ використовуйте від 4 до 8 польових транзисторів паралельно. Сліди воріт повинні мати однакову довжину, щоб забезпечити одночасне перемикання.

Резистор вимірювання струму

Параметр	Значення	Причина
опір	0,5 мОм до 2 мОм	Мінімізує втрати потужності
Толерантність	±1% або краще	Впливає на точність відключення від перевантаження
Температурний коефіцієнт	±50ppm/°C максимум	Запобігає дрейфу під впливом тепла
матеріал	Металевий сплав (манганін)	Низька індуктивність для виявлення короткого замикання

Пасивні компоненти для надійності

Конденсатори: лише діелектричні X7R або X5R. Ніколи не використовуйте Y5V або Z5U поблизу контактів AFE.
Резистори для сенсорних входів: резистори від 1 кОм до 10 кОм на кожній лінії датчика комірки. Обмежує струм під час несправностей.
TVS-діоди: двонаправлені від 5 до 6 В на кожному вході осередку. Захищає AFE від електростатичного розряду та спалахів джгутів.

Вимоги до виробництва та перевірки

Якщо проігнорувати ці кроки, добре спроектований BMS PCBA не збирається.

процес	Вимога	Метод перевірки
Трафарет для паяльної пасти	Товщина від 0,12 мм до 0,15 мм для прокладок AFE і FET	SPI (перевірка паяльної пасти)
Профіль оплавлення	Пік від 240°C до 250°C (без свинцю)	Дані профайлера на партію
AOI (автоматична оптична перевірка)	100% покриття пасивних компонентів і орієнтації FET	Машинні журнали AOI
рентгенівський огляд	Порожнини термічної прокладки FET менше 25%	рентгенівська система
ICT (In-Circuit Test)	Усі дільники напруги, вентилі польових транзисторів і резистори вимірювання	ІКТ приладдя
Конформне покриття	Акрил або силікон, мінімальна товщина 0,03 мм	Перевірка ультрафіолетовим світлом

Поширені запитання щодо BMS PCBA

Нижче наведено три технічні запитання від інженерів і монтажників акумуляторних блоків.

Q1: Чому мій BMS PCBA продовжує спрацьовувати помилковий захист від перевантаження по струму під час нормального запуску двигуна?
A: У вас проблема пускового струму в поєднанні з занадто швидким фільтром OCP. Ось інженерне виправлення:
Більшість BMS AFE мають настроювану затримку захисту від перевантаження по струму (зазвичай від 100 мкс до 1 мс). Запуск двигуна (особливо безщіткових двигунів постійного струму) споживає в 5-8 разів номінальний струм протягом 1-5 мс.
Крок 1. Виміряйте фактичні пускові напруги: використовуйте осцилограф із датчиком струму на чутливому резисторі. Запишіть піковий струм і тривалість під час найгіршого запуску (холодний двигун, розряджений акумулятор).
Крок 2. Налаштуйте регістри AFE: збільште затримку перевантаження по струму до 2–5 мс. Тримайте затримку короткого замикання на рівні 100 мкс (це захищає від короткого замикання).
Крок 3. Налаштування апаратного фільтра: додайте конденсатор 100 нФ між контактами визначення струму AFE. Це створює фільтр RC від 10 мкс до 20 мкс, який ігнорує дуже короткі сплески.
Крок 4. Якщо все ще спрацьовує: ваш сенсорний резистор завеликий. Резистор 2 мОм створює 200 мВ при 100 А. Переключіться на 1 мОм або 0,5 мОм, щоб збільшити запас перед тим, як спрацює компаратор перевантаження по струму.
Попередження: не вимикайте OCP. Помилкові поїздки дратують. Пожежа постійна.

Q2: Як розробити BMS PCBA, який збалансує пакет 16S LiFePO4 з елементами 200Ah?
В: Стандартним інтегрованим балансуючим польовим транзисторам (від 50 мА до 100 мА) знадобиться від 80 до 160 годин, щоб балансувати елементи 200 А·год. Це непридатне для використання. Вам потрібна зовнішня пасивна балансування або активна балансування.
Варіант A - Зовнішнє пасивне балансування (рентабельний):
Використовуйте AFE, який керує зовнішніми балансуючими польовими транзисторами (наприклад, BQ76952 із зовнішніми N-канальними польовими транзисторами).
Вибір компонентів на клітинку:
Балансувальний резистор: від 10 Ом до 22 Ом, від 5 Вт до 10 Вт (оксид металу або дротяний).
Балансуючий польовий транзистор: 60 В, 5 А, Rds (увімкнено) < 50 мОм.
Балансуючий струм: від 200 мА до 500 мА. (Використання резистора 10 Ом при напрузі 3,3 В = 330 мА.)
Теплові вимоги друкованої плати: кожен резистор розсіює від 1 Вт до 1,5 Вт. Потрібна площа міді 500 мм² на резистор.
Варіант B - активне балансування (висока продуктивність):
Використовуйте мікросхему активного балансування (наприклад, Analog Devices LTC3300 або Texas Instruments BQ79616).
Топологія: Ємнісна або трансформаторна.
Балансуючий струм: від 1 А до 5 А на елемент.
ККД: від 85% до 92%.
Складність друкованої плати: вимагає від 6 до 8 шарів, ретельна ізоляція між елементами.
Рекомендація для елементів на 200 А·год: використовуйте зовнішнє пасивне балансування на 300–500 мА. Додайте радіатор над масивом балансувальних резисторів. Активне балансування, лише якщо життєвий цикл є критичним, а бюджет дозволяє вдвічі вищу вартість PCBA.

Запитання 3: Які тести має пройти BMS PCBA, перш ніж я схвалю його для виробництва?
В: Потрібно п’ять тестів. Не пропускайте жодного.

Тест	метод	Критерії «склав/не склав».
1. Точність вимірювання напруги клітинки	Застосуйте точність від 0 В до 5 В до кожного входу комірки через резисторний дільник. Порівняйте показання AFE з DMM (6,5 цифр).	Максимальна похибка ±5 мВ для всіх комірок при 25°C. ±10 мВ від -20°C до +60°C.
2. Перенапруга/знижена напруга	Повільно підвищуйте та зменшуйте напругу клітинки. Записуйте точки поїздки та випуску AFE.	Відключення в межах ±10 мВ від запрограмованого значення. Гістерезис між 0,05 В і 0,15 В.
3. Випробування на перевантаження по струму	Подати імпульсний струм від електронного навантаження. Збільшення кроків. Запишіть точку поїздки та час відповіді.	Струм відключення в межах ±5% від запрограмованого значення. Час відключення менше 1 мс для короткого замикання.
4. Балансуюча функція	Змусити одну комірку на 50 мВ перевищувати інші. Включити балансування на 1 годину.	Напруга клітини вирівнюється з точністю до 15 мВ. Підвищення температури FET нижче 40°C.
5. Поточний режим сплячого режиму	Відключіть усе зовнішнє живлення. Виміряйте струм, що споживається акумулятором через 10 хвилин.	Менше 50 мкА для стаціонарного LiFePO4. Менше 20 мкА для портативного Li-ion.