BMS PCBA

Unixplore Electronics BMS PCBA je profesionalna rešitev za vezja za upravljanje baterij, zasnovana za aplikacije litijevih baterij. Kot kitajski proizvajalec BMS PCBA, tovarna Unixplore Electronics ponuja rešitve za sestavljanje tiskanih vezij za EV, sisteme za shranjevanje energije in e-mobilnost.

Pošlji povpraševanje

Opis izdelka

Z 20-letno analizo napak v sektorjih električnih vozil, shranjevanja energije in e-mobilnosti sem natančno dokumentiral, kaj loči 10-letno BMS od 6-mesečne nevarnosti. Ta priročnik ponuja inženirske specifikacije, pravila postavitve in metode preverjanja, ki temeljijo na resničnih rezultatih polja.

Kaj mora narediti BMS PCBA

A BMS PCBA nadzoruje, ščiti in uravnava litijeve celice. O štirih funkcijah se ni mogoče pogajati:
Zaščita pred prenapetostjo (OVP): Prekinitev polnjenja pri 4,25 V na celico (Li-ion).
Zaščita pred prenizko napetostjo (UVP): Prekinitev praznjenja pri 2,5 V do 3,0 V na celico.
Prenapetostna zaščita (OCP): Hitra izklop (razpon µs) za kratke stike.
Uravnoteženje celic: Pasivno ali aktivno izenačevanje med nizkimi celicami.
Če kaj od tega manjka, sestavljanje spremeni v odgovornost.

Osnovni tehnični parametri

Naslednje vrednosti predstavljajo industrijske minimume za varno delovanje. Vedno jih presezite za avtomobilsko ali stacionarno shranjevanje.

Ocene napetosti in toka

Parameter	3S do 7S (lahka EV)	8S do 16S (shranjevanje energije)	24S+ (visoka napetost)
Največja neprekinjena razelektritev	20A do 60A	60A do 200A	200A+
Najvišji tok (10 s)	80A do 150A	200A do 400A	500A+
Polnilni tok	5A do 20A	20A do 50A	50A+
Natančnost napetosti celice	±10mV	±5mV	±3mV (potreben je premium AFE)
Točke za merjenje temperature	2 do 4	4 do 8	8 do 12

Točke zaščite (na celico za Li-Ion)

Vrsta zaščite	Najmanjša pot	Tipičen izlet	Max Trip
Prenapetost	4,20 V	4,25 V	4,30 V
Sprostitev prenapetosti	4,05 V	4,10 V	4,15 V
Podnapetost	2,80 V	2,50 V	2,30 V
Sprostitev pod napetostjo	3,00 V	3,10 V	3,20 V
Prekomerni tok polnjenja	Ocenjeno 1,2x	Ocenjeno 1,5x	Ocenjeno 2,0x
Prekomerni tok praznjenja	Ocenjeno 1,5x	Ocenjeno 2,0x	Ocenjeno 2,5x
Kratek stik	3x do 5x ocenjeno	V 300 µs	V 100 µs

Tok mirovanja (način mirovanja)

Vrsta baterije	Sprejemljiv tok mirovanja	Visoko zmogljiva tarča
Li-ion (prenosni)	<20 µA	<10 µA
LiFePO4 (stacionarni)	<50 µA	<30 µA
EV / Velika moč	<100 µA	<50 µA

Pravila postavitve PCBA za zanesljivost

Večina napak BMS izvira iz tiskanega vezja, ne od IC. Upoštevajte teh 12 pravil.

Kelvinove sledi za napetost celic

Sledi zaznavanja celic nikoli ne usmerjajte po poteh z visokim tokom.
Vsak priključek celice zahteva namensko sled (0,2 mm do 0,3 mm) od konektorja neposredno do zatiča AFE (Analog Front End).
Brez razvejanja: Ne delite zaznavnih sledi med celicami.

Zasnova poti visokega toka

Teža bakra: najmanj 2 oz za 20 A do 50 A. 4 oz za 50A do 100A.
Vzporedne plasti: Uporabite več plasti vzporedno za tokove nad 60 A.
Odprtina za spajkalno masko: izpostavite baker in dodajte dodatno spajko, da povečate presek. To zmanjša odpornost za 30% do 40%.

Postavitev zaznavnega upora

Štirižična povezava (Kelvin): Zaznavni upor mora imeti namenske sledi za zaznavanje napetosti iz svojih ploščic.
Namestitev: Znotraj 10 mm od diferencialnih vhodnih zatičev AFE.
Ujemanje sledi: Za natančnost trenutne meritve morajo biti sledi zaznavanja enake dolžine in vzporedne.

Toplotno upravljanje za FET

Območje bakra: Vsaka odtočna plošča MOSFET zahteva bakreno ploščo velikosti 300 mm² do 500 mm².
Toplotni prehodi: 9 do 12 prehodov (premera 0,3 mm) pod vsako termično ploščico FET.
Polnjenje odprtin: Zapolnjene in zaprte odprtine so obvezne za zanesljivost spajkanja.

Razmik komponent za napetostno izolacijo

Nivo napetosti	Plazna pot (min.)	Razdalja (min.)
Do 60 V (16S Li-ion)	0,5 mm	0,2 mm
60V do 150V	1,5 mm	1,0 mm
150V do 300V	3,0 mm	2,0 mm

Razdelitev ozemljitvene ravnine

Ozemljitev z visokim tokom (napajalna pot): Debele sledi, brez razcepov.
Analogna ozemljitev nizkega toka (AFE, senzor): zvezdasta povezava z negativnim polom baterije.
Priključna točka: združite analogno in napajalno ozemljitev na eni sami točki blizu senzorskega upora.

Kontrolni seznam za izbiro komponent

Zanesljiv BMS PCBA se začne s pravim seznamom materialov.

Potrebujete celoten seznam kosov in načrtov za vaš projekt BMS?

Prenesite brezplačen kontrolni seznam BMS PCBA →

Analogni sprednji del (AFE)

Funkcija	Minimalna zahteva	Prednostno
Natančnost merjenja napetosti v celici	±10mV	±3mV
Vgrajeni balansirni FET-ji	50mA do 100mA	Zunanje uravnoteženje za >100 mA
Zaznavanje odprte žice	ja	ja
Temperaturni kanali	3	5+

Priporočene družine AFE: Texas Instruments BQ769x2 (do 16S), Analog Devices LTC681x (visokonapetostni), NXP MC33771C (avtomobilski).

Napajalni MOSFET-ji

Nazivna napetost: Vsaj 1,5-kratna največja napetost paketa. Za 16S Li-ion (največ 67 V) uporabite 100 V FET.
Ocena toka: 2x neprekinjen tok praznjenja pri temperaturi spoja 100 °C.
Vzporedni FET-ji: Za 100A+ uporabite 4 do 8 FET-jev vzporedno. Sledi vrat morajo biti enake dolžine, da se zagotovi sočasno preklapljanje.

Upor za zaznavanje toka

Parameter	Vrednost	Razlog
Odpornost	0,5 mΩ do 2 mΩ	Minimizira izgubo moči
Strpnost	±1 % ali bolje	Vpliva na natančnost sprožitve preobremenitve
Temperaturni koeficient	Največ ±50 ppm/°C	Preprečuje odnašanje s toploto
Material	Kovinska zlitina (manganin)	Nizka induktivnost za zaznavanje kratkega stika

Pasivne komponente za zanesljivost

Kondenzatorji: samo dielektrični X7R ali X5R. Nikoli ne uporabljajte Y5V ali Z5U v bližini zatičev AFE.
Upori za senzorske vhode: upori serije od 1 kΩ do 10 kΩ na vsaki liniji senzorja celice. Omejuje tok med okvarami.
Diode TVS: Dvosmerne 5 V do 6 V preko vhoda vsake celice. Ščiti AFE pred ESD in trni kabelskega snopa.

Zahteve glede proizvodnje in inšpekcije

Dobro zasnovan BMS PCBA se ne uspe sestaviti, če ne upoštevate teh korakov.

Proces	Zahteva	Metoda pregleda
Šablona za spajkalno pasto	Debelina 0,12 mm do 0,15 mm za ploščice AFE in FET	SPI (pregled spajkalne paste)
Reflow profil	Vrh 240 °C do 250 °C (brez svinca)	Podatki profilerja na serijo
AOI (avtomatiziran optični pregled)	100 % pokritost pasivnih komponent in usmeritev FET	Strojni dnevniki AOI
Rentgenski pregled	FET toplotna blazinica s prazninami pod 25 %	Rentgenski sistem
IKT (test v vezju)	Vsi napetostni delilniki, FET vrata in senzorski upori	IKT napeljava
Konformni premaz	Akril ali silikon, najmanjša debelina 0,03 mm	Pregled z UV svetlobo

Pogosta vprašanja o BMS PCBA

Spodaj so tri tehnična vprašanja inženirjev in sestavljavcev baterij.

V1: Zakaj moj BMS PCBA nenehno sproža lažno prenapetostno zaščito med normalnim zagonom motorja?
O: Imate težavo z zagonskim tokom v kombinaciji s prehitrim filtrom OCP. Tukaj je inženirski popravek:
Večina BMS AFE ima nastavljivo zakasnitev zaščite pred preobremenitvijo (običajno 100 µs do 1 ms). Zagon motorja (zlasti brezkrtačnih enosmernih motorjev) porabi 5x do 8x nazivni tok za 1ms do 5ms.
1. korak – Izmerite dejanski zagon: Uporabite osciloskop s tokovno sondo preko senzorskega upora. Zabeležite najvišji tok in trajanje med najslabšim primerom zagona (hladen motor, prazna baterija).
2. korak – Prilagodite registre AFE: Povečajte zakasnitev preobremenitve na 2 ms do 5 ms. Ohranite zakasnitev kratkega stika na 100 µs (to ščiti pred mrtvim kratkim stikom).
3. korak – Nastavitev filtra strojne opreme: Dodajte kondenzator 100 nF med nožice za zaznavanje toka AFE. To ustvari filter RC od 10 µs do 20 µs, ki ignorira zelo kratke konice.
4. korak – Če še vedno sproži: Vaš senzorski upor je prevelik. Upor 2 mΩ proizvede 200 mV pri 100 A. Preklopite na 1 mΩ ali 0,5 mΩ, da povečate višino, preden sproži primerjalnik previsokega toka.
Opozorilo: Ne onemogočite OCP. Lažna potovanja so moteča. Požar je trajen.

V2: Kako naj oblikujem BMS PCBA, ki uravnoteži paket 16S LiFePO4 s celicami 200 Ah?
O: Standardni integrirani izravnalni FET-ji (50 mA do 100 mA) bodo potrebovali od 80 do 160 ur za uravnoteženje celic 200 Ah. To je neuporabno. Potrebujete zunanje pasivno uravnoteženje ali aktivno uravnoteženje.
Možnost A – zunanje pasivno uravnoteženje (stroškovno učinkovito):
Uporabite AFE, ki krmili zunanje balansirne FET-je (npr. BQ76952 z zunanjimi N-kanalnimi FET-ji).
Izbira komponent na celico:
Izravnalni upor: 10 Ω do 22 Ω, 5 W do 10 W (kovinski oksid ali žični).
Uravnoteženje FET: 60 V, 5 A, Rds (on) < 50 mΩ.
Izravnalni tok: 200mA do 500mA. (Uporaba upora 10 Ω pri celici 3,3 V = 330 mA.)
Toplotna zahteva tiskanega vezja: Vsak upor razprši 1 W do 1,5 W. Zahteva 500 mm² bakrene površine na upor.
Možnost B – aktivno uravnoteženje (visoka zmogljivost):
Uporabite aktivno uravnoteženje IC (npr. Analog Devices LTC3300 ali Texas Instruments BQ79616).
Topologija: kapacitivni ali transformatorski.
Izravnalni tok: 1A do 5A na celico.
Učinkovitost: 85% do 92%.
Kompleksnost PCB: zahteva 6 do 8 plasti, skrbno izolacijo med celicami.
Priporočilo za celice 200 Ah: Uporabite zunanje pasivno uravnoteženje pri 300 mA do 500 mA. Dodajte hladilnik čez niz izravnalnih uporov. Aktivno uravnoteženje le, če je življenjska doba ključnega pomena in proračun omogoča 2x višje stroške PCBA.

V3: Katere teste mora opraviti BMS PCBA, preden ga odobrim za proizvodnjo?
O: Zahteva pet testov. Ne preskočite nobenega.

Test	Metoda	Merila za sprejem/neuspeh
1. Natančnost merjenja napetosti celice	Uporabite natančnost 0 V do 5 V za vsak vhod celice prek uporovnega delilnika. Primerjajte odčitek AFE z DMM (6,5-mestno).	Največja napaka ±5 mV v vseh celicah pri 25 °C. ±10mV od -20°C do +60°C.
2. Izklop zaradi prenapetosti/podnapetosti	Počasi povečujte napetost celice navzgor in navzdol. Zabeležite točke vožnje in sprostitve AFE.	Izklop znotraj ±10mV programirane vrednosti. Histereza med 0,05 V in 0,15 V.
3. Preizkus izklopa zaradi previsokega toka	Uporabite impulzni tok iz elektronske obremenitve. Povečanje v korakih. Zabeležite točko potovanja in odzivni čas.	Izklopni tok znotraj ±5 % programirane vrednosti. Izklopni čas pod 1 ms za kratek stik.
4. Funkcija uravnoteženja	Prisilite eno celico za 50 mV več kot druge. Omogoči uravnoteženje za 1 uro.	Napetosti celic se izenačijo do 15 mV. Dvig temperature FET pod 40°C.
5. Trenutni način mirovanja	Odstranite vse zunanje napajanje. Po 10 minutah izmerite porabo toka baterije.	Pod 50 µA za stacionarni LiFePO4. Pod 20 µA za prenosni Li-ion.