BMS PCBA

Unixplore Electronics BMS PCBA on professionaalne akuhalduse trükkplaadi lahendus, mis on loodud liitiumaku rakenduste jaoks. Hiina BMS-i PCBA-tootjana pakub Unixplore Electronics PCB-de montaažilahendusi elektrisõidukite, energiasalvestuse ja e-mobiilsuse süsteemide jaoks.

Saada päring

Tootekirjeldus

20 aastat kestnud rikete analüüsiga elektrisõidukite, energiasalvestuse ja e-mobiilsuse sektorites olen dokumenteerinud täpselt, mis eristab 10-aastast BMS-i 6-kuulisest ohust. See juhend sisaldab tehnilisi spetsifikatsioone, paigutuse reegleid ja kontrollimeetodeid, mis põhinevad tegelikel väljade tagastustel.

Mida BMS PCBA peab tegema

BMS PCBA jälgib, kaitseb ja tasakaalustab liitiumelemente. Neli funktsiooni ei ole läbiräägitavad:
Ülepingekaitse (OVP): katkestage laadimine 4,25 V elemendi kohta (liitiumioon).
Alapingekaitse (UVP): katkestage tühjenemine 2,5–3,0 V elemendi kohta.
Ülevoolukaitse (OCP): kiirreis (µs vahemik) lühiste korral.
Lahtrite tasakaalustamine: passiivne või aktiivne võrdsustamine seeriarakkude vahel.
Nende puudumine muudab koostu kohustuseks.

Tehnilised põhiparameetrid

Järgmised väärtused tähistavad ohutuks kasutamiseks tööstusharu miinimume. Auto- või statsionaarses ladustamises ületage alati neid.

Pinge ja voolu väärtused

Parameeter	3S kuni 7S (kerge EV)	8S kuni 16S (energiasalvestus)	24S+ (kõrgepinge)
Maksimaalne pidev tühjenemine	20A kuni 60A	60A kuni 200A	200A+
tippvool (10 sek)	80A kuni 150A	200A kuni 400A	500A+
Laadimisvool	5A kuni 20A	20A kuni 50A	50A+
Elementide pinge täpsus	±10mV	±5 mV	±3 mV (vajalik on esmaklassiline AFE)
Temperatuuri mõõtmise punktid	2 kuni 4	4 kuni 8	8 kuni 12

Kaitse väljalülituspunktid (Li-Ion elemendi kohta)

Kaitse tüüp	Min Reis	Tüüpiline reis	Max Reis
Ülepinge	4,20V	4,25 V	4,30V
Ülepinge vabastus	4,05 V	4,10 V	4,15 V
Alapinge	2,80 V	2,50 V	2,30V
Alapinge vabastus	3,00V	3,10 V	3,20V
Laadige ülevool	1,2x hinnatud	1,5x hinnatud	2,0x hinnatud
Tühjenemise ülevool	1,5x hinnatud	2,0x hinnatud	2,5x hinnatud
Lühis	3x kuni 5x hinnatud	300 µs jooksul	100 µs jooksul

Vaikne vool (puhkerežiim)

Aku tüüp	Aktsepteeritav puhkevool	Suure jõudlusega sihtmärk
Li-ion (kaasaskantav)	<20µA	<10µA
LiFePO4 (statsionaarne)	<50µA	<30µA
EV / Suur võimsus	<100 µA	<50µA

PCBA paigutuse reeglid usaldusväärsuse tagamiseks

Enamik BMS-i tõrkeid pärineb PCB-lt, mitte IC-delt. Järgige neid 12 reeglit.

Kelvin Sense Traces elemendi pingete jaoks

Ärge kunagi suunake raku tuvastusjälgi läbi tugeva voolu.
Iga elemendi kraan nõuab spetsiaalset jälge (0,2 mm kuni 0,3 mm) pistikust otse AFE (analoogse esiotsa) tihvti.
Ei hargnemist: ärge jagage lahtrite vahel tajujälgi.

Kõrge vooluga tee kujundus

Vase kaal: vähemalt 2 untsi 20A kuni 50A puhul. 4 untsi 50A kuni 100A jaoks.
Paralleelsed kihid: kasutage üle 60A voolu korral paralleelselt mitut kihti.
Jootemaski ava: paljastage vask ja lisage ristlõike suurendamiseks täiendavat joodist. See vähendab vastupanuvõimet 30% kuni 40%.

Sense takisti paigutus

Neljajuhtmeline (Kelvini) ühendus: tundliku takisti padjadel peavad olema spetsiaalsed pingeanduri jäljed.
Paigutus: 10 mm raadiuses AFE diferentsiaali sisendtihvtidest.
Jälje sobitamine: voolu mõõtmise täpsuse tagamiseks peavad sensoorsed jäljed olema võrdse pikkusega ja paralleelsed.

FETide soojusjuhtimine

Vasest ala: iga MOSFET-i äravoolupadja jaoks on vaja 300–500 mm² vasest tasapinda.
Termilised läbipääsud: 9–12 läbimõõtu (läbimõõt 0,3 mm) iga FET-termopadja all.
Täitmise kaudu: Täidetud ja korgiga läbiviigud on jootmise töökindluse tagamiseks kohustuslikud.

Komponentide vahekaugus pinge eraldamiseks

Pinge tase	Roomamise kaugus (min)	Kliirens (min)
Kuni 60 V (16S liitiumioon)	0,5 mm	0,2 mm
60V kuni 150V	1,5 mm	1,0 mm
150V kuni 300V	3,0 mm	2,0 mm

Maapealse lennuki poolitamine

Tugeva vooluga maandus (jõutee): paksud jäljed, ilma lõhedeta.
Nõrkvoolu analoogmaandus (AFE, andur): tähtühendus aku negatiivse klemmiga.
Ühenduspunkt: ühendage analoog- ja toitemaandus ühes punktis sensortakisti lähedal.

Komponentide valiku kontrollnimekiri

Usaldusväärne BMS-i PCBA algab õigest materjalist.

Kas vajate oma BMS-projekti jaoks täielikku BOM-i ja disaini kontrollnimekirja?

Laadige alla tasuta BMS PCBA kontrollnimekiri →

Analoogliides (AFE)

Funktsioon	Miinimumnõue	Eelistatud
Elementide pinge mõõtmise täpsus	±10mV	±3 mV
Sisseehitatud tasakaalustavad FET-id	50mA kuni 100mA	Väline tasakaalustamine >100mA jaoks
Avage Juhtmete tuvastamine	Jah	Jah
Temperatuuri kanalid	3	5+

Soovitatavad AFE-pered: Texas Instruments BQ769x2 (kuni 16S), Analog Devices LTC681x (kõrgepinge), NXP MC33771C (autotööstus).

Toite-MOSFETid

Nimipinge: vähemalt 1,5-kordne maksimaalne paketi pinge. 16S Li-ion (max 67 V) jaoks kasutage 100 V FET-e.
Voolu nimi: 2x pidev tühjendusvool 100 °C ristmikutemperatuuril.
Paralleelsed FET-id: 100 A+ puhul kasutage paralleelselt 4–8 FET-i. Värava jäljed peavad olema võrdse pikkusega, et tagada samaaegne ümberlülitus.

Voolutunde takisti

Parameeter	Väärtus	Põhjus
Vastupidavus	0,5 mΩ kuni 2 mΩ	Minimeerib võimsuskadu
Tolerantsus	±1% või parem	Mõjutab ülevoolureisi täpsust
Temperatuuri koefitsient	±50 ppm/°C maksimum	Hoiab ära kuumuse käes triivimise
Materjal	Metallisulam (manganiin)	Madal induktiivsus lühise tuvastamiseks

Passiivsed komponendid töökindluse tagamiseks

Kondensaatorid: ainult dielektrilised X7R või X5R. Ärge kunagi kasutage Y5V või Z5U AFE tihvtide läheduses.
Takistid sensori sisendite jaoks: 1kΩ kuni 10kΩ seeriatakistid igal raku sensorliinil. Piirab voolu rikkejuhtumite ajal.
TVS-dioodid: kahesuunaline 5–6 V iga elemendi sisendis. Kaitseb AFE-d ESD ja juhtmestiku naelu eest.

Tootmis- ja kontrollinõuded

Hästi läbimõeldud BMS-i PCBA koost ebaõnnestub, kui neid samme eiratakse.

Protsess	Nõue	Kontrollimeetod
Jootepasta šabloon	0,12–0,15 mm paksusega AFE- ja FET-patjade jaoks	SPI (jootepasta kontroll)
Reflow profiil	Tipp 240°C kuni 250°C (pliivaba)	Profileerija andmed partii kohta
AOI (automaatne optiline kontroll)	100% katvus passiivsetel komponentidel ja FET-orientatsioonil	AOI masina logid
Röntgeniülevaatus	FET termopadja tühimikud alla 25%	Röntgeni süsteem
IKT (ahelasisene test)	Kõik pingejagurid, FET-väravad ja sensortakistid	IKT-seade
Konformne kate	Akrüül või silikoon, minimaalne paksus 0,03 mm	UV-valguse kontroll

BMS PCBA KKK

Allpool on kolm tehnilist küsimust inseneridelt ja akukomplektide kokkupanijatelt.

K1: Miks minu BMS PCBA käivitab mootori tavapärase käivitamise ajal pidevalt vale ülevoolukaitse?
V: Teil on sisselülitusvoolu probleem koos liiga kiire OCP-filtriga. Siin on tehniline parandus:
Enamikul BMS-i AFE-del on konfigureeritav ülevoolukaitse viivitus (tavaliselt 100 µs kuni 1 ms). Mootori käivitamine (eriti harjadeta alalisvoolumootorid) võtab 5x kuni 8x nimivoolu 1 ms kuni 5 ms.
1. toiming – mõõtke tegelikku sissetungi: kasutage ostsilloskoopi, mille voolusond on üle sensortakisti. Märkige üles tippvool ja kestus halvima käivitamise ajal (külm mootor, tühi aku).
2. samm – AFE registrite reguleerimine: suurendage ülevoolu viivitust 2 ms kuni 5 ms. Hoidke lühise viivitus 100 µs (see kaitseb tühjade lühiste eest).
3. samm – riistvarafiltri häälestamine: lisage AFE vooluanduri tihvtide vahele 100 nF kondensaator. See loob 10 µs kuni 20 µs RC-filtri, mis eirab väga lühikesi naelu.
4. toiming – kui ikka komistab: teie tundlikkustakisti on liiga suur. 2mΩ takisti toodab 200mV 100A juures. Lülitage 1 mΩ või 0,5 mΩ, et suurendada pearuumi enne liigvoolu võrdlusseadme väljalülitumist.
Warning: Do not disable OCP. False trips are annoying. Tulekahju on püsiv.

K2: Kuidas kujundada BMS PCBA, mis tasakaalustab 16S LiFePO4 pakki 200Ah elementidega?
V: Standardsete integreeritud tasakaalustavate FETide (50 mA kuni 100 mA) jaoks kulub 200 Ah elementide tasakaalustamiseks 80 kuni 160 tundi. See on kasutuskõlbmatu. Teil on vaja välist passiivset tasakaalustamist või aktiivset tasakaalustamist.
Valik A – väline passiivne tasakaalustamine (kulutõhus):
Kasutage AFE-d, mis juhivad väliseid tasakaalustavaid FET-e (nt BQ76952 koos väliste N-kanaliga FETidega).
Komponentide valik lahtri kohta:
Tasakaalustustakisti: 10Ω kuni 22Ω, 5W kuni 10W (metalloksiid või traatmähis).
Tasakaalustav FET: 60V, 5A, Rds(sees) < 50mΩ.
Tasakaalustusvool: 200mA kuni 500mA. (Kasutades 10Ω takistit 3,3 V elemendi juures = 330 mA.)
PCB termiline nõue: iga takisti hajutab 1 W kuni 1,5 W. Vajab 500 mm² vase pindala ühe takisti kohta.
Valik B – aktiivne tasakaalustamine (suur jõudlus):
Kasutage aktiivset tasakaalustaja IC-d (nt Analog Devices LTC3300 või Texas Instruments BQ79616).
Topoloogia: mahtuvuslik või trafopõhine.
Tasakaalustusvool: 1A kuni 5A raku kohta.
Tõhusus: 85% kuni 92%.
PCB keerukus: nõuab 6–8 kihti, rakkude vahel hoolikat isoleerimist.
Soovitus 200Ah elementide jaoks: kasutage välist passiivset tasakaalustamist 300mA kuni 500mA. Lisage jahutusradiaator tasakaalustava takisti massiivi kohale. Aktiivne tasakaalustamine ainult siis, kui tsükli eluiga on kriitiline ja eelarve võimaldab 2x suuremat PCBA kulu.

3. küsimus: millised testid peab BMS-i PCBA läbima, enne kui ma selle tootmiseks kinnitan?
V: Nõuge viit testi. Ärge jätke ühtegi vahele.

Test	meetod	Läbimise / ebaõnnestumise kriteeriumid
1. Elementide pinge mõõtmise täpsus	Rakendage igale elemendi sisendile takistijaguri kaudu täpsust 0 V kuni 5 V. Võrrelge AFE lugemist DMM-iga (6,5-kohaline).	±5 mV maksimaalne viga kõigis rakkudes temperatuuril 25 °C. ±10mV -20°C kuni +60°C.
2. Ülepinge/alapinge väljalülitamine	Tõsta elemendi pinget aeglaselt üles ja alla. Salvestage AFE reisi ja vabastamise punktid.	Väljalülitus ±10 mV piires programmeeritud väärtusest. Hüsterees vahemikus 0,05 V kuni 0,15 V.
3. Ülevoolu väljasõidu test	Rakendage elektroonilisest koormusest impulssvoolu. Sammude suurendamine. Salvestage väljasõidupunkt ja reaktsiooniaeg.	Väljalülitusvool ±5% piires programmeeritud väärtusest. Väljalülitusaeg alla 1 ms lühise korral.
4. Tasakaalustusfunktsioon	Sundige üks rakk 50 mV kõrgemale kui teised. Luba tasakaalustamine 1 tund.	Elementide pinged ühtlustuvad 15 mV täpsusega. FET temperatuuri tõus alla 40°C.
5. Puhkerežiim Praegune	Eemaldage kogu väline toide. Mõõtke aku voolutarve 10 minuti pärast.	Alla 50 µA statsionaarse LiFePO4 jaoks. Alla 20 µA kaasaskantava liitiumiooni jaoks.