BMS PCBA

Unixplore Electronics BMS PCBA je profesionálne riešenie obvodovej dosky na správu batérií určené pre aplikácie s lítiovými batériami. Ako čínsky výrobca BMS PCBA, továreň, Unixplore Electronics poskytuje riešenia na montáž PCB pre EV, skladovanie energie a systémy e-mobility.

Odoslať dopyt

Popis produktu

S 20-ročnou analýzou porúch v sektoroch EV, skladovania energie a e-mobility som presne zdokumentoval, čo oddeľuje 10-ročné BMS od 6-mesačného nebezpečenstva. Táto príručka poskytuje technické špecifikácie, pravidlá rozloženia a metódy overovania založené na skutočných výnosoch z poľa.

Čo musí BMS PCBA robiť

A BMS PCBA monitoruje, chráni a vyrovnáva lítiové články. O štyroch funkciách nemožno vyjednávať:
Ochrana proti prepätiu (OVP): Prerušte nabíjanie pri 4,25 V na článok (Li-ion).
Ochrana proti podpätiu (UVP): Prerušte vybíjanie pri 2,5 až 3,0 V na článok.
Over-Current Protection (OCP): Rýchle vypnutie (rozsah µs) pre skraty.
Vyvažovanie buniek: Pasívne alebo aktívne vyrovnávanie medzi bunkami série.
Ak niektorá z nich chýba, zo zostavy sa stáva záväzok.

Základné technické parametre

Nasledujúce hodnoty predstavujú priemyselné minimá pre bezpečnú prevádzku. Pri automobilovom alebo stacionárnom skladovaní ich vždy prekračujte.

Hodnoty napätia a prúdu

Parameter	3S až 7S (light EV)	8S až 16S (akumulácia energie)	24S+ (vysoké napätie)
Maximálne nepretržité vybíjanie	20A až 60A	60A až 200A	200A+
Špičkový prúd (10 sekúnd)	80A až 150A	200A až 400A	500A+
Nabíjací prúd	5A až 20A	20A až 50A	50A+
Presnosť bunkového napätia	±10 mV	±5 mV	±3 mV (vyžaduje sa prémiové AFE)
Body merania teploty	2 až 4	4 až 8	8 až 12

Ochranné vypínacie body (na článok pre Li-Ion)

Typ ochrany	Min. cesta	Typický výlet	Maximálny výlet
Prepätie	4,20 V	4,25 V	4,30 V
Uvoľnenie pri prepätí	4,05 V	4,10 V	4,15 V
Podnapätie	2,80 V	2,50 V	2,30 V
Uvoľnenie pod napätím	3,00 V	3,10 V	3,20 V
Nadprúd nabitia	1,2x hodnotené	1,5x hodnotené	2,0x hodnotené
Nadprúd výboja	1,5x hodnotené	2,0x hodnotené	2,5x hodnotené
Skrat	3x až 5x hodnotené	Do 300 µs	Do 100 µs

Tichý prúd (režim spánku)

Typ batérie	Prijateľný spánkový prúd	Vysokovýkonný cieľ
Li-ion (prenosný)	<20 uA	<10 uA
LiFePO4 (stacionárny)	<50 uA	<30 uA
EV / Vysoký výkon	<100 uA	<50 uA

Pravidlá rozloženia PCBA pre spoľahlivosť

Väčšina porúch BMS pochádza z PCB, nie z integrovaných obvodov. Dodržujte týchto 12 pravidiel.

Kelvinove stopy pre bunkové napätia

Stopy snímania buniek nikdy nesmerujte cez silnoprúdové cesty.
Každý kohútik bunky vyžaduje vyhradenú stopu (0,2 mm až 0,3 mm) z konektora priamo na kolík AFE (Analog Front End).
Žiadne vetvenie: Nezdieľajte medzi bunkami stopy snímania.

Návrh cesty vysokého prúdu

Hmotnosť medi: minimálne 2 oz pre 20A až 50A. 4 oz pre 50A až 100A.
Paralelné vrstvy: Pre prúdy nad 60 A použite paralelne viacero vrstiev.
Otvor masky na spájkovanie: Odkryte meď a pridajte ďalšiu spájku na zväčšenie prierezu. Tým sa zníži odpor o 30 % až 40 %.

Umiestnenie snímacieho rezistora

Štvorvodičové (Kelvinovo) pripojenie: Snímací odpor musí mať na svojich podložkách vyhradené stopy snímania napätia.
Umiestnenie: Do 10 mm od vstupných kolíkov diferenciálu AFE.
Priraďovanie stôp: Zmyslové stopy musia mať rovnakú dĺžku a rovnobežné, aby sa zabezpečila presnosť merania.

Tepelný manažment pre FET

Medená oblasť: Každá drenážna podložka MOSFET vyžaduje medenú rovinu s rozmermi 300 mm² až 500 mm².
Tepelné priechody: 9 až 12 priechodov (priemer 0,3 mm) pod každou tepelnou podložkou FET.
Plnenie cez priechod: Naplnené a zakryté priechodky sú povinné pre spoľahlivosť spájkovania.

Rozostup komponentov pre izoláciu napätia

Úroveň napätia	Povrchová vzdialenosť (min)	Vzdialenosť (min)
Až 60 V (16S Li-ion)	0,5 mm	0,2 mm
60V až 150V	1,5 mm	1,0 mm
150V až 300V	3,0 mm	2,0 mm

Rozdelenie pozemnej roviny

Silnoprúdové uzemnenie (napájacia cesta): Hrubé stopy, žiadne rozštiepenia.
Nízkoprúdové analógové uzemnenie (AFE, zmysel): Pripojenie hviezdou k zápornému pólu batérie.
Pripojovací bod: Pripojte analógovú a napájaciu zem do jedného bodu v blízkosti snímacieho odporu.

Kontrolný zoznam pre výber komponentov

Spoľahlivý BMS PCBA začína správnym kusovníkom.

Potrebujete kompletný zoznam kusovníkov a návrhov pre váš projekt BMS?

Stiahnite si bezplatný kontrolný zoznam BMS PCBA →

Analógové klientske rozhranie (AFE)

Funkcia	Minimálna požiadavka	Preferované
Presnosť merania napätia článku	±10 mV	±3 mV
Vstavané vyrovnávacie FET	50 mA až 100 mA	Externé vyváženie pre >100 mA
Open Wire Detection	áno	áno
Teplotné kanály	3	5+

Odporúčané skupiny AFE: Texas Instruments BQ769x2 (až 16S), Analog Devices LTC681x (vysoké napätie), NXP MC33771C (automobilový).

Výkonové MOSFETy

Menovité napätie: Minimálne 1,5-násobok maximálneho napätia batérie. Pre 16S Li-ion (67V max) použite 100V FET.
Prúdové hodnotenie: 2x nepretržitý vybíjací prúd pri teplote prechodu 100 °C.
Paralelné FET: Pre 100A+ použite paralelne 4 až 8 FET. Stopy brány musia mať rovnakú dĺžku, aby sa zabezpečilo súčasné prepínanie.

Current Sense Rezistor

Parameter	Hodnota	Dôvod
Odpor	0,5 mΩ až 2 mΩ	Minimalizuje stratu energie
Tolerancia	±1% alebo lepšie	Ovplyvňuje presnosť nadprúdu
Teplotný koeficient	±50 ppm/°C maximum	Zabraňuje úletu teplom
Materiál	Kovová zliatina (manganín)	Nízka indukčnosť pre detekciu skratu

Pasívne komponenty pre spoľahlivosť

Kondenzátory: iba dielektrikum X7R alebo X5R. Nikdy nepoužívajte Y5V alebo Z5U v blízkosti kolíkov AFE.
Rezistory pre snímacie vstupy: sériové odpory 1kΩ až 10kΩ na každej snímacej linke bunky. Obmedzuje prúd pri poruchových udalostiach.
Diódy TVS: Obojsmerné 5V až 6V naprieč vstupom každého článku. Chráni AFE pred ESD a hrotmi káblového zväzku.

Požiadavky na výrobu a kontrolu

Dobre navrhnutý BMS PCBA zlyhá pri zostavovaní, ak sa tieto kroky ignorujú.

Proces	Požiadavka	Metóda kontroly
Šablóna na spájkovaciu pastu	Hrúbka 0,12 mm až 0,15 mm pre podložky AFE a FET	SPI (kontrola spájkovacej pasty)
Preformátovať profil	Špičková teplota 240 °C až 250 °C (bez olova)	Údaje profilera na dávku
AOI (automatická optická kontrola)	100% pokrytie pasívnych komponentov a FET orientácia	Denníky stroja AOI
Röntgenová kontrola	FET tepelná podložka má pórovitosť pod 25 %	Röntgenový systém
IKT (In-Circuit Test)	Všetky rozdeľovače napätia, hradla FET a snímacie odpory	IKT príslušenstvo
Konformný náter	Akryl alebo silikón, minimálna hrúbka 0,03 mm	Kontrola UV svetlom

Časté otázky týkajúce sa BMS PCBA

Nižšie sú uvedené tri technické otázky od inžinierov a montážnikov batérií.

Otázka 1: Prečo môj BMS PCBA stále spúšťa falošnú nadprúdovú ochranu počas normálneho štartovania motora?
Odpoveď: Máte problém so spúšťacím prúdom v kombinácii s príliš rýchlym filtrom OCP. Tu je technická oprava:
Väčšina BMS AFE má konfigurovateľné oneskorenie nadprúdovej ochrany (zvyčajne 100 µs až 1 ms). Rozbeh motora (najmä bezkomutátorové jednosmerné motory) odoberá 5x až 8x menovitý prúd počas 1 ms až 5 ms.
Krok 1 – Zmerajte skutočný impulz: Použite osciloskop s prúdovou sondou cez snímací odpor. Zaznamenajte špičkový prúd a trvanie počas najhoršieho spustenia (studený motor, slabá batéria).
Krok 2 – Úprava registrov AFE: Zvýšte oneskorenie nadprúdu na 2 ms až 5 ms. Udržujte skratové oneskorenie 100 µs (to chráni pred mŕtvymi skratmi).
Krok 3 – Vyladenie hardvérového filtra: Pridajte 100nF kondenzátor medzi kolíky snímania prúdu AFE. To vytvára 10 µs až 20 µs RC filter, ktorý ignoruje veľmi krátke špičky.
Krok 4 – Ak stále vypína: Váš snímací odpor je príliš veľký. Rezistor 2 mΩ produkuje 200 mV pri 100 A. Prepnutím na 1 mΩ alebo 0,5 mΩ zväčšite svetlú výšku pred vypnutím nadprúdového komparátora.
Upozornenie: Nedeaktivujte OCP. Falošné výlety sú nepríjemné. Požiar je trvalý.

Otázka 2: Ako navrhnem BMS PCBA, ktorá vyvažuje 16S LiFePO4 balenie s 200Ah článkami?
Odpoveď: Štandardné integrované vyrovnávacie FET (50 mA až 100 mA) bude trvať 80 až 160 hodín, kým vyvážia články s kapacitou 200 Ah. To je nepoužiteľné. Potrebujete externé pasívne alebo aktívne vyvažovanie.
Možnosť A – Externé pasívne vyvažovanie (nákladovo efektívne):
Použite AFE, ktorý riadi externé vyrovnávacie FET (napr. BQ76952 s externými N-kanálovými FET).
Výber komponentov na bunku:
Vyvažovací odpor: 10Ω až 22Ω, 5W až 10W (oxid kovu alebo drôtové vinutie).
Vyvažovanie FET: 60V, 5A, Rds(on) < 50mΩ.
Vyvažovací prúd: 200 mA až 500 mA. (Použitie odporu 10Ω pri 3,3V článku = 330mA.)
Tepelná požiadavka PCB: Každý rezistor rozptýli 1W až 1,5W. Vyžaduje medenú plochu 500 mm² na rezistor.
Možnosť B – aktívne vyvažovanie (vysoký výkon):
Použite aktívny vyvažovač IC (napr. Analog Devices LTC3300 alebo Texas Instruments BQ79616).
Topológia: Kapacitná alebo založená na transformátore.
Vyvažovací prúd: 1A až 5A na článok.
Účinnosť: 85% až 92%.
Zložitosť PCB: Vyžaduje 6 až 8 vrstiev, starostlivá izolácia medzi bunkami.
Odporúčanie pre 200 Ah články: Použite externé pasívne vyvažovanie pri 300 mA až 500 mA. Pridajte chladič cez pole vyrovnávacieho odporu. Aktívne vyvažovanie iba v prípade, že životnosť cyklu je kritická a rozpočet umožňuje 2x vyššie náklady na PCBA.

Otázka 3: Aké testy musí prejsť BMS PCBA predtým, ako ho schválim na výrobu?
Odpoveď: Vyžaduje sa päť testov. Nevynechávajte žiadne.

Test	Metóda	Kritériá úspešnosti/neúspešnosti
1. Presnosť merania napätia článku	Aplikujte presnosť 0V až 5V na každý vstup článku cez odporový delič. Porovnajte hodnotu AFE s DMM (6,5 číslic).	±5 mV maximálna chyba naprieč všetkými bunkami pri 25 °C. ±10 mV od -20 °C do +60 °C.
2. Vypnutie pri prepätí/podpätí	Pomaly zvyšujte a znižujte napätie článku. Zaznamenajte AFE výlet a body uvoľnenia.	Vypnutie v rámci ±10 mV od naprogramovanej hodnoty. Hysterézia medzi 0,05V a 0,15V.
3. Over-Current Trip Test	Aplikujte impulzný prúd z elektronickej záťaže. Zvyšovanie v krokoch. Zaznamenajte bod cesty a čas odozvy.	Vypínací prúd v rámci ±5 % naprogramovanej hodnoty. Čas vypnutia pod 1 ms pre skrat.
4. Vyvažovacia funkcia	Vynútiť jeden článok o 50 mV vyššie ako ostatné. Povoliť vyváženie na 1 hodinu.	Napätie článkov sa vyrovná do 15 mV. Nárast teploty FET pod 40 °C.
5. Aktuálny režim spánku	Odpojte všetko externé napájanie. Po 10 minútach zmerajte odber prúdu z batérie.	Menej ako 50 µA pre stacionárny LiFePO4. Menej ako 20 µA pre prenosný Li-ion.