БМС ПЦБА

Са 20 година анализе кварова у секторима ЕВ, складиштења енергије и е-мобилности, документовао сам тачно шта раздваја 10-годишњи БМС од 6-месечне опасности. Овај водич пружа инжењерске спецификације, правила распореда и методе верификације засноване на стварним повратима са поља.

Шта БМС ПЦБА мора да уради

 БМС ПЦБА надгледа, штити и балансира литијумске ћелије. Четири функције се не могу преговарати:
Заштита од пренапона (ОВП): Прекините пуњење на 4,25 В по ћелији (Ли-јон).
Заштита од ниског напона (УВП): Прекините пражњење на 2,5 В до 3,0 В по ћелији.
Заштита од прекомерне струје (ОЦП): Брзо окидање (опсег µс) за кратке спојеве.
Балансирање ћелија: Пасивна или активна еквилизација између ћелија серије.
Недостатак било чега од овога претвара скуп у обавезу.

Основни технички параметри

Следеће вредности представљају индустријске минимуме за безбедан рад. Увек их прекорачите за аутомобилско или стационарно складиштење.

Оцене напона и струје

Заштитне тачке окидања (по ћелији за Ли-Ион)

Струја мировања (режим мировања)

Правила распореда ПЦБА за поузданост

Већина кварова БМС потиче од ПЦБ-а, а не од ИЦ-а. Придржавајте се ових 12 правила.

Трагови Келвина чула за напоне ћелије

Никада немојте усмеравати трагове чула ћелија кроз путеве велике струје.
За сваку ћелијску славину је потребан наменски траг (0,2 мм до 0,3 мм) од конектора директно до пина АФЕ (аналогни предњи крај).
Без гранања: Не делите трагове чула између ћелија.

Дизајн путање високе струје

Тежина бакра: минимално 2 оз за 20А до 50А. 4 оз за 50А до 100А.
Паралелни слојеви: Користите више слојева паралелно за струје веће од 60 А.
Отвор маске за лемљење: Откријте бакар и додајте додатни лем да бисте повећали попречни пресек. Ово смањује отпор за 30% до 40%.

Постављање сензорског отпорника

Четворожична (Келвин) веза: Отпорник сензора мора да има наменске трагове за детекцију напона са својих јастучића.
Положај: Унутар 10 мм од АФЕ диференцијалних улазних пинова.
Подударање трагова: Трагови чула морају да буду једнаке дужине и паралелни ради тренутне прецизности мерења.

Управљање топлотом за ФЕТ-ове

Бакарно подручје: Сваком МОСФЕТ дренажном јастучићу је потребна бакарна раван од 300 мм² до 500 мм².
Термални отвор: 9 до 12 отвора (пречник 0,3 мм) испод сваке ФЕТ термалне подлоге.
Преко пуњења: Попуњене и затворене спојнице су обавезне за поузданост лемљења.

Размак компоненти за изолацију напона

Цепање земаљске равни

Уземљење велике струје (пут напајања): Дебели трагови, без расцепа.
Аналогно уземљење ниске струје (АФЕ, сензор): Прикључите звезду на негативни терминал батерије.
Тачка повезивања: Спојите аналогно и струјно уземљење на једној тачки близу сензорског отпорника.

Контролна листа за избор компоненти

Поуздан БМС ПЦБА почиње са правом спецификацијом материјала.

Аналогни предњи крај (АФЕ)

Препоручене породице АФЕ: Текас Инструментс БК769к2 (до 16С), Аналог Девицес ЛТЦ681к (високи напон), НКСП МЦ33771Ц (аутомобилска).

Повер МОСФЕТс

Оцена напона: Најмање 1,5к максимални напон пакета. За 16С Ли-ион (67В мак), користите ФЕТ од 100В.
Називна струја: 2к континуирана струја пражњења при температури споја од 100°Ц.
Паралелни ФЕТ-ови: За 100А+, користите 4 до 8 ФЕТ-ова паралелно. Трагови капије морају бити једнаке дужине да би се обезбедило истовремено пребацивање.

Цуррент Сенсе Ресистор

Пасивне компоненте за поузданост

Кондензатори: само диелектрични Кс7Р или Кс5Р. Никада не користите И5В или З5У близу АФЕ пинова.
Отпорници за сензорске улазе: од 1кΩ до 10кΩ серијски отпорници на свакој линији сензора ћелије. Ограничава струју током догађаја грешке.
ТВС диоде: двосмерни 5В до 6В преко сваког улаза ћелије. Штити АФЕ од ЕСД-а и шиљака каблова.

Захтеви за производњу и инспекцију

Добро дизајниран БМС ПЦБА не успе у склапању ако се ови кораци игноришу.

БМС ПЦБА ФАКс

Испод су три техничка питања од инжењера и састављача батерија.

П1: Зашто мој БМС ПЦБА наставља да покреће лажну заштиту од прекомерне струје током нормалног покретања мотора?
О: Имате проблем са ударном струјом у комбинацији са пребрзим ОЦП филтером. Ево инжењерске поправке:
Већина БМС АФЕ има конфигурабилно кашњење заштите од прекомерне струје (обично 100µс до 1мс). Покретање мотора (посебно ДЦ мотора без четкица) повлачи 5к до 8к називну струју за 1мс до 5мс.
1. корак – Измерите стварни удар: Користите осцилоскоп са струјном сондом преко сензорског отпорника. Забележите вршну струју и трајање током најгорег случаја покретања (хладни мотор, празна батерија).
Корак 2 – Подесите АФЕ регистре: Повећајте кашњење прекомерне струје на 2 мс до 5 мс. Задржите кашњење кратког споја на 100µс (ово штити од мртвих кратких спојева).
Корак 3 – Подешавање хардверског филтера: Додајте кондензатор од 100нФ између АФЕ пинова за детекцију струје. Ово ствара РЦ филтер од 10µс до 20µс који игнорише врло кратке шиљке.
4. корак – Ако се и даље окида: Ваш сензорски отпорник је превелик. Отпорник од 2мΩ производи 200мВ на 100А. Пребаците се на 1мΩ или 0,5мΩ да бисте повећали простор пре него што се компаратор прекоструја активира.
Упозорење: Не деактивирајте ОЦП. Лажна путовања су досадна. Пожар је трајан.

П2: Како да дизајнирам БМС ПЦБА који балансира 16С ЛиФеПО4 пакет са 200Ах ћелијама?
О: Стандардни интегрисани балансирајући ФЕТ-ови (50 мА до 100 мА) ће требати 80 до 160 сати да уравнотеже ћелије од 200 Ах. То је неупотребљиво. Потребно вам је спољно пасивно или активно балансирање.
Опција А – Екстерно пасивно балансирање (исплативо):
Користите АФЕ који контролише спољне балансне ФЕТ-ове (нпр. БК76952 са екстерним Н-каналним ФЕТ-овима).
Избор компоненте по ћелији:
Отпорник за балансирање: 10Ω до 22Ω, 5В до 10В (метални оксид или намотан).
Балансирајући ФЕТ: 60В, 5А, Рдс(он) < 50мΩ.
Струја балансирања: 200мА до 500мА. (Користећи отпорник од 10Ω на 3.3В ћелији = 330мА.)
Термални захтеви ПЦБ-а: Сваки отпорник расипа 1В до 1,5В. Потребно је 500 мм² бакрене површине по отпорнику.
Опција Б – активно балансирање (високе перформансе):
Користите активни баланс ИЦ (нпр. Аналог Девицес ЛТЦ3300 или Текас Инструментс БК79616).
Топологија: Капацитивна или заснована на трансформатору.
Струја балансирања: 1А до 5А по ћелији.
Ефикасност: 85% до 92%.
Сложеност ПЦБ-а: Захтева 6 до 8 слојева, пажљиву изолацију између ћелија.
Препорука за ћелије од 200 Ах: Користите спољно пасивно балансирање на 300 мА до 500 мА. Додајте хладњак преко низа балансних отпорника. Активно балансирање само ако је животни век циклуса критичан и буџет дозвољава 2к већи трошак ПЦБА.

П3: Које тестове мора проћи БМС ПЦБА пре него што га одобрим за производњу?
О: Захтева пет тестова. Не прескачите ниједну.