PCM vs BMS لبطاريات LiPo: ما هو نظام الحماية الذي يحتاجه جهازك؟

تحتاج بطارية الليثيوم بوليمر إلى أكثر من جهد وسعة مناسبة. يجب أن يتطابق نظام الحماية الخاص به أيضًا مع كيمياء الخلية وعدد السلسلة وتيار الحمل وطريقة الشحن ودرجة حرارة التشغيل والمعلومات التي يطلبها الجهاز المضيف.

يظهر مصطلحان بشكل متكرر في مواصفات البطارية: PCM، أو وحدة دائرة الحماية، وBMS، أو نظام إدارة البطارية.

يركز PCM عادة على الحماية الأساسية من الأخطاء، مثل الشحن الزائد، والإفراط في التفريغ، والتيار الزائد، وقطع الدائرة القصيرة. قد يوفر نظام إدارة المباني نفس الحماية مع إضافة وظائف مثل مراقبة مجموعة الخلايا، والموازنة، وتقدير حالة الشحن، وتسجيل البيانات، والاتصالات.

وهذا التمييز مفيد، ولكنه ليس مطلقا. قد تحتاج الحزمة المتطورة المكونة من خلية واحدة إلى نظام إدارة المباني، بينما قد تستخدم المجموعة متعددة الخلايا لوحة حماية بسيطة نسبيًا. يمكن للموردين أيضًا استخدام PCM وPCB ولوحة الحماية وBMS بشكل مختلف.

وبالتالي فإن الاختيار الصحيح يعتمد على الوظائف التي يحتاجها جهازك، وليس فقط على اسم الدائرة.

يقارن هذا الدليل بين وظائف PCM وBMS، ويشرح متى يكون كل نهج مناسبًا، ويوفر عملية عملية لتحديد الحماية لبطارية ليثيوم بوليمر.

الوجبات السريعة الرئيسية

• تم تصميم PCM بشكل أساسي لفصل البطارية أثناء الأعطال الكهربائية المحددة.

• يجمع نظام إدارة المباني عادة بين الحماية ووظائف المراقبة أو التقدير أو الموازنة أو التحكم أو الاتصال الأوسع.

• PCM وBMS ليسا فئات منتجات موحدة عالميًا.

• تعد المواصفات الفعلية للدائرة أكثر أهمية من الاسم المطبوع على الرسم أو الاقتباس.

• قد تظل الحزمة أحادية الخلية بحاجة إلى نظام إدارة المباني (BMS) عندما يتطلب الجهاز نسبة دقيقة للبطارية أو المصادقة أو التشخيص أو الاتصال.

• تتطلب الحزمة متعددة السلاسل مراقبة مجموعة سلاسل فردية، حتى لو كانت لوحة الحماية الخاصة بها تسمى PCM.

• تعتبر موازنة الخلايا ذات صلة بمجموعات الجهد المتصلة بالسلسلة، وليس بحزمة 1S التقليدية.

• لا ينبغي التعامل مع PCM أو BMS تلقائيًا على أنه شاحن البطارية.

• إن قيم الرحلة الزائدة الحالية ليست مثل تقييمات التيار المستمر الآمنة.

• تتطلب الخلايا ذات الجهد العالي الحماية وعتبات الشحن المطابقة للكيمياء الفعلية لها.

• تتوفر الحماية من درجة الحرارة فقط عند تضمين المستشعر والعتبات ومسار التحكم المطلوب.

• يجب تقييم الحجم والتيار الاحتياطي والتكلفة والقدرة الحالية ومتطلبات الاتصال معًا.

• يلزم إجراء اختبار على مستوى العبوة وعلى مستوى الجهاز قبل الموافقة على تصميم الحماية للإنتاج.

ما هو PCM في حزمة بطارية LiPo؟

PCM لتقف علي وحدة دائرة الحماية . كما يتم وصفها بشكل شائع على أنها لوحة حماية أو لوحة دائرة حماية.

يحتوي PCM النموذجي على دائرة متكاملة للحماية، ووحدات MOSFET للشحن والتفريغ، ومقاومات، ومكثفات، ومسارات موصلة لحمل تيار البطارية. اعتمادًا على التصميم، قد يتضمن أيضًا عنصر استشعار التيار، أو المصهر، أو واجهة NTC، أو مكونات أخرى.

والغرض الرئيسي منه هو منع الخلية أو العبوة من البقاء في ظروف كهربائية غير طبيعية محددة.

وظائف PCM المشتركة

قد يوفر PCM الأساسي ما يلي:

• حماية الجهد الزائد

• الإفراط في التفريغ حماية الجهد

• التفريغ الإفراط في الحماية الحالية

• تهمة الإفراط في الحماية الحالية

• حماية ماس كهربائى

• التحكم في الشحن والتفريغ MOSFET

• الانتعاش بعد حالة خطأ

قد تشمل الوظائف الإضافية ما يلي:

• استشعار درجة الحرارة

• حماية الجهد الزائد الثانوية

• فتيل حراري

• تحديد الحزمة

• تأخير اكتشاف الخطأ

• مسارات منفصلة للتحكم في الشحن والتفريغ

لا تتضمن كل وحدة حماية كل هذه الوظائف. على سبيل المثال، قد تحتوي البطارية على سلك NTC تتم قراءته بواسطة الشاحن أو الجهاز المضيف بدلاً من PCM نفسه.

ما لا يوفره PCM الأساسي عادةً

لا توفر وحدة الحماية التقليدية عادةً وظائف متقدمة مثل:

• تقارير دقيقة عن حالة الشحن

• تقدير الحالة الصحية

• العد الدوري

• التنبؤ بوقت التشغيل المتبقي

• تسجيل الأحداث أو الأخطاء

• التحكم في توازن الخلايا

• التواصل الرقمي

• مصادقة البطارية

• البرامج الثابتة القابلة للتكوين الميداني

• بيانات تشخيصية مفصلة

تتطلب هذه الوظائف دوائر قياس أو خوارزميات أو ذاكرة أو واجهات اتصال إضافية.

وبالتالي يمكن لـ PCM حماية البطارية دون إخبار الجهاز بمقدار الطاقة القابلة للاستخدام المتبقية أو سبب حدوث إيقاف تشغيل سابق.

ما هو نظام إدارة المباني؟

BMS يعني نظام إدارة البطارية . ويشير إلى مجموعة أوسع من وظائف مراقبة البطارية والحماية والتحكم وإدارة البيانات.

يمكن تنفيذ نظام إدارة المباني باستخدام دائرة متكاملة مخصصة لإدارة البطارية، ودائرة متكاملة لقياس الوقود، ووحدة تحكم دقيقة، وأجهزة استشعار للتيار ودرجة الحرارة، ودوائر موازنة، ووحدات MOSFET، والذاكرة، ومكونات الاتصال. تعتمد البنية الدقيقة على عدد الخلايا ومتطلبات الجهاز.

للحصول على مقدمة أوسع لهذه الوظائف، يشرح دليل ZERNE كيف يقوم نظام إدارة البطارية بمراقبة حزمة البطارية وحمايتها.

وظائف BMS المشتركة

اعتمادًا على التصميم، قد يوفر نظام إدارة المباني ما يلي:

• مراقبة جهد الخلية أو المجموعة المتسلسلة

• مراقبة حزمة الجهد

• قياس الشحن والتفريغ الحالي

• مراقبة درجة الحرارة

• حماية من الشحن الزائد والتفريغ الزائد

• حماية من التيار الزائد وقصر الدائرة

• موازنة الخلايا السلبية أو النشطة

• تقدير حالة الشحن

• تقدير الحالة الصحية

• حساب القدرة المتبقية

• العد الدوري

• تسجيل الأخطاء والأحداث

• مصادقة البطارية

• التحكم في الشحن والتفريغ

• التواصل مع الجهاز المضيف أو الشاحن

• عتبات الحماية القابلة للتكوين

• إدارة النوم والاستعداد والاستيقاظ

لا يتضمن نظام إدارة المباني (BMS) تلقائيًا كل وظيفة في هذه القائمة. توفر بعض الأنظمة الحماية والتوازن ولكن لا يوجد مقياس للوقود. ويقدم البعض الآخر معلومات دقيقة عن حالة الشحن، لكنهم يعتمدون على أداة حماية منفصلة كطبقة أمان ثانوية.

يجب ذكر الوظائف المطلوبة بشكل صريح في مواصفات البطارية.

PCM مقابل BMS: الفرق الأكثر أهمية

الفرق العملي هو واحد في النطاق.

يسأل PCM في المقام الأول:

هل دخلت البطارية في حالة عطل كهربائي محدد، وهل يجب فصل الشحن أو التفريغ؟

قد يسأل BMS أيضًا:

ما الذي يحدث داخل العبوة، وما مقدار الطاقة المتبقية، وكيف تتقدم الخلايا في العمر، وما هي المعلومات أو الإجراء الذي يتطلبه الجهاز؟

هذا لا يعني أن PCM غير آمن أو أن BMS متفوق دائمًا. قد يكون PCM المصمم جيدًا مناسبًا تمامًا لمنتج 1S صغير الحجم بمتطلبات تشغيل بسيطة. يمكن لنظام الإدارة المعقد بشكل غير ضروري أن يضيف التكلفة ومساحة الدائرة ووقت التطوير والاستهلاك في وضع الاستعداد وتكامل البرامج دون تحسين تجربة المستخدم.

الهدف هو اختيار أبسط بنية تلبي جميع المتطلبات الكهربائية ومتطلبات السلامة والتشخيص والمنتج مع هامش تصميم مناسب.

PCM مقابل BMS المقارنة

يصف هذا الجدول الممارسات الصناعية الشائعة بدلاً من معيار التسمية العالمي. قد يوفر المنتج المسمى 'BMS' الحماية الأساسية فقط من القطع، في حين أن اللوحة المتقدمة التي تحمل الاسم 'PCM' قد تشتمل على مراقبة درجة الحرارة أو الموازنة.

قم دائمًا بمقارنة المواصفات الوظيفية وتقييم الدائرة ومتطلبات الاختبار.

كيف تعمل وظائف حماية PCM وBMS

قد تشترك تصميمات PCM وBMS في العديد من وظائف الحماية الأساسية. والفرق الرئيسي هو مدى مراقبتهم وماذا يفعلون بالمعلومات المجمعة.

حماية الشحن الزائد

تراقب الحماية من الشحن الزائد ما إذا كانت الخلية أو مجموعة السلسلة تتجاوز عتبة الجهد المحددة أثناء الشحن.

إذا تم تجاوز العتبة لوقت التأخير المحدد، فيمكن لدائرة الحماية إيقاف تشغيل شحن MOSFET ومقاطعة الشحن.

وينبغي التمييز بين ثلاث قيم:

• الجهد العادي لإنهاء الشاحن

• حماية كشف الجهد

• حماية استعادة الجهد

لا ينبغي استخدام حد الشحن الزائد كهدف الشحن العادي. إنه حد خطأ يهدف إلى الاستجابة عند فشل تنظيم الشحن العادي أو حدوث حالة غير طبيعية.

على سبيل المثال، تتطلب الخلية التقليدية 4.2 فولت والخلية عالية الجهد المصممة لـ 4.35 فولت أو 4.4 فولت معلمات شحن وحماية مختلفة. منتج يستخدم يجب أن تستخدم بطاريات الليثيوم بوليمر ذات الجهد العالي عتبات مطابقة للخلية المحددة بدلاً من لوحة حماية بطارية الليثيوم العامة.

الإفراط في التفريغ الحماية

تعمل الحماية من التفريغ الزائد على فصل الحمل عندما ينخفض ​​الجهد الخاضع للمراقبة عن الحد المحدد.

تساعد هذه الوظيفة على منع الخلية من البقاء تحت التفريغ المفرط. ومع ذلك، يجب أن يتم إيقاف تشغيل الجهاز بشكل طبيعي قبل أن تصل دائرة الحماية إلى حد قطع الطوارئ الخاص بها.

إذا كان الجهاز يعمل بشكل روتيني حتى يقوم PCM أو BMS بفصل الحزمة، فقد تواجه البطارية ما يلي:

• الاغلاق المفاجئ للجهاز

• تقليل عمر الدورة القابلة للاستخدام

• تكرار الإجهاد المنخفض الجهد

• صعوبة إعادة التشغيل تحت الحمل

• تقارير غير دقيقة عن نسبة البطارية

• مشاكل الاسترداد عندما يكون جهد الخلية منخفضًا جدًا

ولذلك ينبغي تنسيق استراتيجية انخفاض الجهد للجهاز المضيف وعتبة الحماية.

الإفراط في الحماية الحالية

تستجيب الحماية من التيار الزائد عندما يتجاوز تيار الشحن أو التفريغ مستوى الكشف المحدد لفترة محددة.

يجب أن يستوعب الإعداد أحداث تحميل صالحة مثل:

• بدء تشغيل المعالج

• رشقات نارية البث الإذاعي

• بدء تشغيل المحرك

• كشك المحرك

• تفعيل المضخة

• تدفق سخان

• شحن مكثف

• LED أو عرض بدء التشغيل

• قوة الذروة المؤقتة

قد يؤدي الحد المنخفض جدًا إلى حدوث عمليات إيقاف مزعجة. قد تفشل العتبة المرتفعة جدًا في حماية الخلية أو الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) أو الوصلات البينية أو السلك أو الموصل بشكل مناسب.

تمت مناقشة العلاقة بين سعة البطارية وإمكانية التفريغ بشكل أكبر في دليل بطارية ليبو تصنيف C.

حماية ماس كهربائى

تستجيب حماية الدائرة القصيرة للتيار العالي جدًا أو للتغير السريع في الجهد بما يتوافق مع خطأ منخفض المقاومة.

يعتمد تشغيلها على أكثر من القيمة الحالية. تتضمن معلمات التصميم ذات الصلة ما يلي:

• طريقة الكشف

• عتبة الكشف

• تأخير الاستجابة

• MOSFET وقت التبديل

• مقاومة المسار الحالي

• محاثة حلقة الخطأ

• طريقة الاسترداد

• سلوك الموصل

• القدرة على خطأ الخلية الحالية

إن الملصق الذي يشير إلى 'حماية الدائرة القصيرة' لا يثبت أن الحزمة ستعمل بشكل صحيح في ظل كل خطأ خارجي محتمل. لا يزال التجميع المكتمل يحتاج إلى اختبار خطأ محدد.

حماية درجة الحرارة

قد تستخدم حماية درجة الحرارة واحدًا أو أكثر من الثرمستورات NTC أو أجهزة استشعار درجة الحرارة IC أو عناصر الاستشعار الأخرى.

يمكن مراقبة المستشعر عن طريق:

• دائرة الحماية

• نظام إدارة المباني

• الشاحن

• الجهاز المضيف

• أكثر من نظام

يجب أن تحدد المواصفات النظام الذي يقرأ المستشعر والنظام الذي يمكنه إيقاف الشحن أو التفريغ.

قد تختلف حدود درجة الحرارة بالنسبة إلى:

• الشحن

• التفريغ المستمر

• ذروة التفريغ

• تخزين

• عملية درجة حرارة منخفضة

• عملية درجة حرارة عالية

لا تحتوي البطارية المزودة بسلك NTC على قطع مستقل لدرجة الحرارة تلقائيًا. لا يجوز للمجلس الوطني الانتقالي تقديم المعلومات إلا إلى وحدة تحكم أخرى.

موازنة الخلايا

يحد الموازنة من اختلافات الجهد بين المجموعات المتصلة بالسلسلة.

تعمل دائرة التوازن السلبي الأساسية على إزالة كمية صغيرة من الشحن من مجموعة الجهد العالي أثناء الشحن. قد تتحكم الأنظمة الأكثر تقدمًا في عملية التوازن وفقًا للجهد أو حالة الشحن أو درجة الحرارة أو حالة التشغيل.

الموازنة غير مطلوبة بين مجموعات السلسلة في حزمة 1S التقليدية نظرًا لوجود مجموعة جهد واحدة فقط. يتم أيضًا التعامل مع حزمة 1S2P كمجموعة جهد واحدة، على الرغم من أن خلاياها المتوازية يجب أن تظل متطابقة بشكل وثيق.

لا يمكن إصلاح التوازن:

• خلية تالفة

• فقدان شديد للقدرة

• ارتفاع التفريغ الذاتي

• لحام ضعيف

• اختلافات المقاومة الرئيسية

• تكوين حزمة غير صحيح

• شاحن غير مناسب

إن الحزمة التي تتطور بشكل متكرر إلى خلل كبير في التوازن تتطلب التحقيق بدلاً من تيار موازنة أعلى وحده.

عادةً ما يكون PCM مناسبًا عندما ...

قد يكون PCM مناسبًا عندما يكون للمنتج متطلبات بطارية بسيطة نسبيًا.

تشمل الشروط النموذجية ما يلي:

• تحتوي الحزمة على مجموعة جهد سلسلة واحدة

• لا يتطلب الجهاز تقارير دقيقة عن نسبة البطارية

• ليست هناك حاجة للاتصال الرقمي

• يقوم النظام المضيف بالفعل بإدارة واجهة المستخدم وإيقاف التشغيل العادي

• تعتبر حماية الجهد الأساسي والتيار والدائرة القصيرة كافية

• تتم مراقبة درجة الحرارة بواسطة الشاحن أو الجهاز المضيف

• حجم الدائرة مقيد للغاية

• استهلاك الاستعداد المنخفض للغاية مهم

• ليس المقصود من البطارية تقديم الخدمة أو البيانات التشخيصية

• يمكن أن تظل عتبات الحماية ثابتة

• يمكن التنبؤ بملف تعريف التحميل وتم التحقق من صحته

تشمل التطبيقات الممكنة أجهزة الاستشعار المدمجة، وأجهزة التتبع الأساسية، ومنتجات الإضاءة البسيطة، والإلكترونيات الاستهلاكية الصغيرة، وغيرها من الأجهزة التي تحتاج إلى قطع موثوق للأعطال دون وظائف البطارية الذكية.

تشير كلمة 'بسيط' إلى متطلبات الإدارة، وليس إلى أهمية التطبيق. لا يزال من الممكن أن يتطلب الجهاز الصغير مراقبة متطورة إذا كان اكتشاف الفشل أو الحصول على معلومات دقيقة عن وقت التشغيل أو إمكانية التتبع أمرًا مهمًا.

عادةً ما يُفضل استخدام BMS عندما ...

قد يكون نظام الإدارة الأوسع مناسبًا عندما يتطلب الجهاز وظائف تتجاوز الحماية الأساسية للقطع.

تشمل الأسباب الشائعة ما يلي:

• تحتوي الحزمة على مجموعات متعددة متصلة بالسلسلة

• يجب مراقبة الفولتية الجماعية الفردية

• مطلوب موازنة الخلايا

• يعرض الجهاز نسبة دقيقة للبطارية

• يجب تقدير وقت التشغيل المتبقي

• يحتاج الجهاز المضيف إلى بيانات جهد البطارية أو التيار أو درجة الحرارة

• يجب أن تقوم الحزمة بالإبلاغ عن الأخطاء

• مطلوب عدد الدورة أو الحالة الصحية

• هناك حاجة إلى مصادقة البطارية

• يتواصل نظام الشحن مع العبوة

• يجب أن تكون إعدادات الحماية قابلة للتكوين

• يستخدم التطبيق بطارية ذكية قابلة للاستبدال ميدانيًا

• تدعم الحزمة أوضاع تشغيل متعددة

• يتطلب المنتج تشخيصات الخدمة أو سجلات الأحداث

• يحتوي الجهاز على ملف تعريف تحميل متغير أو متطلب

• يجب أن يقوم النظام بتنسيق سلوك البطارية مع الأنظمة الفرعية الأخرى

غالبًا ما تظهر هذه المتطلبات في الأجهزة الطرفية المحمولة والإلكترونيات الطبية والروبوتات والأدوات الصناعية ومعدات الاختبار المحمولة وأجهزة الاتصالات والمنتجات المتصلة.

هل تحتاج كل بطارية LiPo 1S إلى PCM فقط؟

لا.

تحتوي حزمة 1S على مجموعة جهد متسلسلة واحدة فقط، لذا فهي لا تحتاج إلى موازنة بين الخلايا المتصلة بالسلسلة. وهذا يقلل من تعقيد الدائرة، لكنه لا يلغي الحاجة إلى وظائف الإدارة.

قد تظل البطارية أحادية الخلية بحاجة إلى نظام إدارة المباني (BMS) أو دائرة البطارية الذكية عندما يتطلب الجهاز ما يلي:

• تقارير دقيقة عن حالة الشحن

• تقدير وقت التشغيل المتبقي

• القياس الحالي

• العد الدوري

• تتبع الحالة الصحية

• تاريخ الخطأ

• مصادقة البطارية

• التواصل الرقمي

• حماية قابلة للتكوين

• قياسات درجات الحرارة المتعددة

على سبيل المثال، قد يستخدم كل من الجهاز الطبي المتصل ومنتج LED البسيط خلية كيسية بجهد 3.7 فولت. قد يكون جهد البطارية هو نفسه، لكن متطلبات المراقبة والتشخيص والموثوقية الخاصة بها مختلفة تمامًا.

ولا ينبغي لعدد السلاسل وحده أن يحدد بنية الحماية.

هل تحتاج كل حزمة متعددة السلاسل إلى نظام إدارة المباني (BMS)؟

تتطلب البطارية متعددة السلاسل حماية تراقب كل مجموعة جهد متصلة بالسلسلة. مراقبة الجهد الإجمالي للحزمة فقط ليست كافية.

على سبيل المثال، يمكن أن تحتوي حزمة 2S ذات الجهد الإجمالي 8.0 فولت على:

• مجموعتان بجهد 4.0 فولت لكل منهما

• مجموعة واحدة عند 4.15 فولت وواحدة عند 3.85 فولت

• مجموعة واحدة عند 4.25 فولت وواحدة عند 3.75 فولت

نفس الجهد الإجمالي يمكن أن يخفي مجموعة تجاوزت الحد المسموح به.

قد توفر لوحة الحماية متعددة الخلايا البسيطة نسبيًا اكتشافًا فرديًا للجهد دون توفير الاتصال أو قياس الوقود أو التشخيص المتقدم. يطلق بعض الموردين على هذه الدائرة اسم PCM متعدد الخلايا، بينما يطلق عليها آخرون اسم BMS الأساسي.

المتطلبات الأساسية هي أنه:

• يطابق عدد السلسلة الدقيق

• يراقب كل مجموعة سلسلة

• يستخدم عتبات الجهد الصحيحة

• يدعم التيار المطلوب

• يستجيب بشكل صحيح لعدم التوازن

• يوفر التوازن إذا كان التصميم يتطلب ذلك

• يطابق الشاحن وكيمياء الخلية

• لديه درجة حرارة مناسبة وسلوك الخطأ

المواصفات الوظيفية مهمة أكثر من ما إذا كان عرض الأسعار يستخدم PCM أو BMS.

أمثلة على الأجهزة: PCM أو BMS؟

هذه هي نقاط البداية، وليست وصفات نهائية. يمكن أن يؤدي تقييم مخاطر الجهاز، وملف تعريف التشغيل، والمعايير المعمول بها، وبنية الشاحن، وبنية العبوة إلى تغيير التحديد.

كيفية الاختيار بين PCM وBMS

1. تأكيد كيمياء الخلية وحدود الجهد

وثيقة:

• كيمياء الخلية

• الجهد الاسمي

• الحد الأقصى لجهد الشحن

• حد التفريغ الموصى به

• عدد مجموعات السلسلة

• عدد الخلايا المتوازية لكل مجموعة

• الحد الحالي للشحن

• القدرة على التفريغ المستمر

• القدرة على التفريغ الذروة

• نطاق درجة الحرارة المسموح بها

لا تقم باختيار لوحة حماية من الملصق 'بطارية 3.7 فولت' وحدها. قد تستخدم الخلايا ذات الفولتية الاسمية المماثلة حدودًا قصوى مختلفة للشحن.

2. حدد ملف تعريف تحميل الجهاز

القياس أو التقدير:

• تيار النوم

• الاستعداد الحالي

• تيار نموذجي

• الحد الأقصى للتيار المستمر

• الذروة الحالية

• مدة الذروة

• بدء التشغيل الحالي

• تيار كشك المحرك

• تكرار النبض الحالي

• تيار الخلل

• الشحن الحالي

يمكن أن تؤثر نبضات الحمل القصيرة على اختيار الحماية حتى عندما يكون متوسط ​​التيار منخفضًا.

على سبيل المثال، قد يقضي جهاز التتبع اللاسلكي معظم وقته في حالة طاقة منخفضة ثم يرسم نبضة تيار قصيرة أثناء نقل البيانات. يجب أن يسمح PCM أو BMS بالنبض الصحيح دون انخفاض مفرط في الجهد أو انقطاع مزعج.

3. قرر ما يحتاج الجهاز إلى معرفته

اسأل ما إذا كان الجهاز المضيف يحتاج إلى الطاقة فقط أم إلى معلومات البطارية أيضًا.

تتضمن متطلبات البيانات المحتملة ما يلي:

• حزمة الجهد

• جهد المجموعة الفردية

• حاضِر

• درجة حرارة

• حالة الشحن

• القدرة المتبقية

• وقت التشغيل المتبقي

• الحالة الصحية

• عد الدورة

• رمز الخطأ

• هوية البطارية

• بيانات التصنيع

إذا كان الجهاز يحتاج فقط إلى تحذير من انخفاض مستوى البطارية، فقد يكون ADC المضيف كافيًا. إذا كان يجب أن يعرض نسبة بطارية موثوقة في ظل الأحمال ودرجات الحرارة المتغيرة، فقد تكون وظيفة قياس الوقود ضرورية.

4. تحديد ما إذا كان الاتصال مطلوبًا

قد يتواصل نظام إدارة المباني الذكي من خلال:

• أنا²ج

• حافلة صغيرة الحجم

• UART

• يستطيع

• رس-485

• واجهة سلك واحد خاصة

• بروتوكول آخر خاص بالمنتج

يجب الاتفاق على الواجهة مبكرًا لأنها تؤثر على موصل البطارية وعدد الدبوس والبرنامج المضيف وعملية الاختبار واستراتيجية الاستبدال.

اسم البروتوكول وحده لا يكفي. يجب أيضًا على فريق الجهاز ومورد البطارية تحديد ما يلي:

• حقول البيانات

• معالجة

• معدل التحديث

• سلوك الاستيقاظ

• معالجة الأخطاء

• أذونات الأوامر

• ملكية البرامج الثابتة

• التوافق بين المراجعات

5. تحديد مسؤولية استشعار درجة الحرارة

تحديد:

• عدد أجهزة استشعار درجة الحرارة

• نوع المستشعر والمقاومة

• موقع الاستشعار

• حدود درجة حرارة الشحن

• حدود درجة حرارة التفريغ

• درجات الحرارة الانتعاش

• وحدة التحكم التي تقرأ كل مستشعر

• أي وحدة تحكم يمكن أن تتوقف عن الشحن

• وحدة التحكم التي يمكن أن تتوقف عن التفريغ

قد تستخدم الحزمة المدمجة NTC واحدًا بالقرب من جسم الخلية. قد تحتاج المجموعة ذات التيار الأكبر أو الأعلى إلى أجهزة استشعار منفصلة بالقرب من الخلايا ومكونات الحماية.

6. تقييم مراقبة وموازنة المجموعة المتسلسلة

بالنسبة للتكوينات متعددة السلاسل، حدد:

• عدد المجموعات المراقبة

• دقة قياس الجهد

• عتبات الشحن الزائد والإفراط في التفريغ

• تأخير الكشف

• سلوك الاسترداد

• المسموح به لفرق الجهد الجماعي

• موازنة بداية الجهد

• موازنة التيار

• شروط التوازن

• سلوك الخطأ عند فصل سلك الاستشعار

يجب تحديد التوازن وفقًا لتناسق الخلية وعدد السلسلة وطريقة الشحن والعمر المتوقع وملف التشغيل.

7. تحقق من المسار الحالي الحقيقي

لا تختار اللوحة إلا بالتيار المعلن عنها.

يعتمد التيار القابل للاستخدام على:

• MOSFET على المقاومة

• عدد وترتيب MOSFETs

• سمك النحاس ثنائي الفينيل متعدد الكلور

• مقاومة الشعور الحالي

• تبويب ومقاومة اللحام

• قياس السلك وطوله

• مقاومة الموصل

• ظروف التبريد

• درجة حرارة العلبة

• مدة الذروة

• توقيت الحماية

قد لا تتمكن لوحة الحماية الموصوفة بـ '10 أمبير' من حمل 10 أمبير بشكل مستمر داخل جهاز مدمج ومحكم الغلق دون ارتفاع مفرط في درجة الحرارة.

يجب التحقق من صحة التصنيف الحالي في العبوة والعلبة المقصودة.

8. النظر في الطاقة الاحتياطية

تستهلك دوائر PCM وBMS الطاقة.

يصبح هذا مهمًا بشكل خاص في:

• خلايا منخفضة القدرة

• منتجات ذات تخزين طويل

• أجهزة التتبع

• أجهزة الاستشعار عن بعد

• معدات الطوارئ

• المنتجات ذات فترات الشحن الطويلة

• الأجهزة التي تقضي معظم وقتها في النوم

قد يوفر نظام الإدارة الذكي وضع الطاقة المنخفضة أو الشحن، ولكن يجب التحقق من سلوكه. المواصفات الهامة تشمل:

• تيار التشغيل العادي

• تيار النوم

• الاغلاق الحالي

• طريقة الاستيقاظ

• سلوك وضع التخزين

• التعافي بعد النوم العميق

يمكن أن تكون الدائرة المتقدمة التي تستنزف البطارية أثناء التخزين أقل ملاءمة من PCM الأبسط، حتى لو كانت توفر المزيد من الميزات.

9. قم بمطابقة الشاحن مع المجموعة الكاملة

يجب أن يوفر الشاحن ملف تعريف الشحن الصحيح وحد الجهد والتنظيم الحالي لكيمياء الخلية المحددة وتكوينها.

إن PCM أو BMS عبارة عن طبقة واقية بشكل عام، وليست منظم الشحن العادي.

تجمع بعض الحلول المتكاملة بين وظائف الشحن والإدارة، ولكن يجب التأكد من ذلك من التصميم الفعلي. لا ينبغي للمورد أن يفترض أن اللوحة تتحكم في الشحن لمجرد أنها تسمى BMS.

يتأكد:

• الجهد الناتج للشاحن

• نطاق الشحن الحالي

• طريقة إنهاء الشحن

• التحكم في درجة الحرارة

• سلوك ما قبل الشحن

• عتبة إعادة الشحن

• متطلبات الاتصالات

• السلوك بعد قطع الحماية

• التوافق مع مسار الطاقة المضيف

10. تعريف الخطأ وسلوك الاسترداد

الحماية لا تقتصر فقط على فصل البطارية. يجب أن يفهم فريق الجهاز أيضًا ما يحدث بعد ذلك.

يُعرِّف:

• ما إذا كان يتم التحكم في مسارات الشحن والتفريغ بشكل منفصل

• ما إذا كان الشاحن مطلوبًا للتعافي

• ما إذا كان يجب إزالة الحمل

• ما إذا كان الاسترداد تلقائيًا

• ما إذا كان خطأ دائم مغلق

• ما إذا كان المضيف يتلقى رمز خطأ

• ما إذا كان يتم الاحتفاظ بالبيانات المخزنة

• ما إذا كان يمكن للمستخدم إعادة تشغيل الجهاز

• ما إذا كان التدخل في الخدمة مطلوبًا

قد يؤدي سلوك الاسترداد غير المتوقع إلى حدوث أعطال ميدانية حتى عندما تعمل دائرة الحماية بشكل صحيح.

لماذا اسم الحماية وحده لا يكفي

الاقتباس الذي ينص فقط على 'تضمين PCM' أو 'تضمين BMS' غير مكتمل.

على الأقل، يجب على المورد تحديد:

• الكيمياء المدعومة

• عدد المسلسلات

• الحد الأقصى لجهد الشحن

• كشف الشحن الزائد واستعادة الجهد

• كشف الإفراط في التفريغ واستعادة الجهد

• تهمة الإفراط في عتبة التيار

• التفريغ عتبة التيار الزائد

• استجابة ماس كهربائى

• القدرة الحالية المستمرة

• القدرة على الذروة الحالية والمدة

• وظائف مراقبة درجة الحرارة

• وظائف توازن الخلايا

• الاستهلاك الحالي

• واجهة الاتصالات

• وظيفة قياس الوقود

• موصل و pinout

• سلوك الاسترداد

• الأبعاد المادية

إذا كان نظام إدارة المباني الذكي مطلوبًا، فقد تحتاج الوثائق أيضًا إلى:

• بروتوكول الاتصالات

• سجل الخريطة

• ملف التكوين

• إصدار البرامج الثابتة

• خوارزمية حالة الشحن

• عملية المعايرة

• طريقة المصادقة

• سلوك الاحتفاظ بالبيانات

• إجراء التحديث ومراقبة المراجعة

اسم اللوحة هو فقط بداية المواصفات.

الأخطاء الشائعة في اختيار PCM وBMS

المعلومات التي يجب تقديمها إلى الشركة المصنعة لبطارية LiPo

يسمح الطلب الكامل لمورد البطارية بالتوصية بـ PCM أو BMS بناءً على الجهاز بدلاً من اللوحة العامة.

متطلبات البطارية

• الجهد الاسمي

• الحد الأقصى لجهد الشحن

• القدرة المطلوبة

• تكوين السلسلة والتوازي

• كيمياء الخلية المفضلة

• الحد الأقصى لأبعاد البطارية

• الوزن المحدد

• دورة الحياة المتوقعة

• درجة حرارة التشغيل والتخزين

• هدف وقت الشحن

متطلبات التحميل

• تيار نموذجي

• الحد الأقصى للتيار المستمر

• الذروة الحالية

• مدة الذروة

• بدء التشغيل الحالي

• كشك المحرك أو تيار تدفق السخان

• تيار النوم

• وقت التشغيل المطلوب

• عتبة الجهد المنخفض للجهاز

متطلبات الحماية

• حماية فاحش

• حماية من الإفراط في التفريغ

• تهمة الإفراط في الحماية الحالية

• التفريغ الإفراط في الحماية الحالية

• حماية ماس كهربائى

• استشعار درجة الحرارة

• الصمامات الثانوية أو طبقة الحماية

• موازنة الخلايا

• مطلوب سلوك استرداد الخطأ

متطلبات البطارية الذكية

• عرض نسبة البطارية

• دقة حالة الشحن

• تقدير الحالة الصحية

• عد الدورة

• حساب وقت التشغيل المتبقي

• تسجيل خطأ

• مصادقة البطارية

• بروتوكول الاتصالات

• متطلبات البرامج الثابتة أو التسجيل

متطلبات الاتصال

• الشركة المصنعة للموصل وسلسلة

• موصل التزاوج

• عدد الدبوس

• بينوت

• قطبية

• مقياس الأسلاك

• طول السلك

• قيادة المجلس الوطني الانتقالي

• الرصاص التوازن

• أسلاك الاتصالات

• اتجاه خروج الكابل

زيرن يمكن لحلول بطاريات الليثيوم بوليمر المخصصة أن تدمج اختيار الخلايا، ووظائف PCM أو BMS، واستشعار درجة الحرارة، والموصلات، والأسلاك، وبنية العبوة حول المتطلبات الكهربائية والميكانيكية لجهاز OEM.

كيفية التحقق من صحة نظام الحماية المحدد

ينبغي تقييم PCM أو BMS المحدد أولاً على مستوى حزمة البطارية ثم داخل الجهاز النهائي.

قد يشمل التحقق ذو الصلة ما يلي:

• توافق الشحن

• جهد الشحن الكامل

• كشف الشحن الزائد

• كشف الإفراط في التفريغ

• التشغيل المستمر الحالي

• استجابة الذروة الحالية

• سلوك بدء التشغيل

• استجابة ماس كهربائى

• ارتفاع درجة حرارة موسفيت

• ارتفاع درجة حرارة الموصل

• انخفاض الجهد

• دقة استشعار درجة الحرارة

• سلوك درجات الحرارة المنخفضة والعالية

• قياس الجهد سلسلة المجموعة

• موازنة الخلايا

• دقة حالة الشحن

• استقرار الاتصالات

• سلوكيات النوم والاستيقاظ

• وضع الشحن الحالي

• تسجيل خطأ

• الاسترداد بعد قطع الحماية

• تكرار دورة الشحن والتفريغ

• تخزين طويل الأمد

• سلوك إيقاف تشغيل الجهاز

يجب أن يستخدم الاختبار الخلايا المخصصة للإنتاج والوصلات البينية والأسلاك والموصلات ومواد التغليف والبرامج الثابتة وإعدادات الشاحن.

قد تتصرف البطارية التي تجتاز اختبار التيار المفتوح بشكل مختلف داخل جهاز مغلق. يمكن أن تؤثر البيئة الحرارية والمسار الحالي الكامل على انخفاض الجهد ودرجة حرارة MOSFET والمشاركة الحالية وسلوك القطع.

ال يوفر نظام مراقبة جودة بطارية ليثيوم بوليمر مزيدًا من المعلومات حول اتساق الخلية ومراقبة العملية والتحقق الكهربائي والتحكم في البطارية النهائية.

خاتمة

يمكن لكل من PCM وBMS حماية بطارية LiPo، لكنهما مصممان لمستويات مختلفة من مسؤولية النظام.

عادةً ما يوفر PCM حماية أساسية للجهد والتيار والدائرة القصيرة في دائرة مدمجة ومنخفضة التعقيد. وقد يكون مناسبًا عندما يكون لدى الجهاز حمل يمكن التنبؤ به، ولا يتطلب معلومات مفصلة عن البطارية، ويتعامل مع الشحن والإيقاف العادي من خلال أجزاء أخرى من النظام.

يصبح نظام إدارة المباني (BMS) أكثر أهمية عندما يجب على البطارية مراقبة مجموعات متسلسلة متعددة، أو موازنة الخلايا، أو تقدير السعة المتبقية، أو تسجيل الأخطاء، أو مصادقة الحزمة، أو التواصل مع الجهاز المضيف.

يجب ألا يعتمد الاختيار فقط على حجم العبوة أو سعتها أو عدد السلسلة. قد يتطلب الجهاز الصغير أحادي الخلية إدارة ذكية، في حين أن الحزمة الأكبر قد تحتاج فقط إلى حماية أساسية محددة جيدًا. وبالمثل، لا يضمن ملصق PCM أو BMS وظائف معينة لدرجة الحرارة أو التوازن أو القياس أو الاتصال.

يجب أن تتطابق مواصفات الحماية النهائية مع كيمياء الخلية، وملف تعريف التحميل، والشاحن، والمسار الحالي، ودرجة حرارة التشغيل، والهدف الاحتياطي، وبرامج الجهاز، وسلوك الخطأ المتوقع. يساعد تأكيد هذه المتطلبات قبل إنتاج العينة على منع عمليات إيقاف التشغيل المزعجة، والإبلاغ غير الدقيق عن البطارية، والتسخين المفرط، وإعادة تصميم المنتج في مرحلة متأخرة.

الأسئلة المتداولة

ما هو الفرق الرئيسي بين PCM وBMS؟

يوفر PCM بشكل أساسي الحماية من الأعطال الكهربائية، في حين قد يجمع نظام إدارة المباني بين الحماية والمراقبة والموازنة وتقدير الحالة والتشخيص والاتصالات. تختلف الوظائف الدقيقة بين المنتجات، وبالتالي فإن المواصفات أكثر موثوقية من الاسم.

هل تحتاج كل بطارية LiPo إلى PCM أو BMS؟

تتطلب بطارية ليثيوم بوليمر القابلة لإعادة الشحن استراتيجية حماية مناسبة على مستوى النظام. يمكن دمج الحماية في حزمة البطارية أو الجهاز أو أي دائرة مؤهلة أخرى، اعتمادًا على بنية المنتج. لا ينبغي استخدام الخلية دون التحقق من صحة الشحن الزائد، والإفراط في التفريغ، والإفراط في التيار، وقصر الدائرة، والشحن، والضوابط الحرارية المناسبة للتطبيق.

هل PCM هو نفس PCB للحماية؟

غالبا ما تستخدم المصطلحات بالتبادل. يشير PCB تقنيًا إلى لوحة الدوائر المطبوعة نفسها، بينما يشير PCM إلى وحدة دائرة الحماية الكاملة. ومع ذلك، في عروض أسعار البطاريات التجارية، قد يستخدم الموردون PCM وPCB ولوحة الحماية لتجميعات مماثلة.

هل يستطيع PCM موازنة الخلايا؟

تشتمل بعض وحدات الحماية متعددة الخلايا على التوازن، لكن العديد من وحدات PCM الأساسية لا تفعل ذلك. إذا كانت الموازنة مطلوبة، فيجب تحديد جهد البداية والتيار والدقة وظروف التشغيل بشكل صريح.

هل يمكن لـ BMS شحن بطارية LiPo؟

ليس بالضرورة. قد يراقب نظام إدارة المباني (BMS) أو يتحكم في ما إذا كان الشحن مسموحًا به، ولكن عادةً ما ينظم الشاحن المنفصل ملف تعريف التيار والجهد المطلوب. تجمع بعض الدوائر المتكاملة بين وظائف الشحن وإدارة البطارية، لذلك يجب التأكد من البنية الفعلية.

هل تحتاج بطارية 1S LiPo إلى BMS؟

قد تحتاج حزمة 1S الأساسية فقط إلى PCM، ولكن قد يكون BMS مناسبًا إذا كان الجهاز يتطلب تقارير دقيقة عن حالة الشحن، أو القياس الحالي، أو الاتصال، أو المصادقة، أو تسجيل الأخطاء، أو وظائف ذكية أخرى.

هل تحتاج بطارية 2S إلى 2S BMS؟

إنها تحتاج إلى دائرة حماية ومراقبة مصممة لمجموعتي جهد متصلتين على التوالي. قد يُطلق على المنتج اسم 2S BMS أو 2S PCM، ولكن يجب أن يراقب كلا المجموعتين ويطابق متطلبات الكيمياء والتيار وجهد الشحن والموازنة.

هل نظام إدارة المباني (BMS) دائمًا أكثر أمانًا من نظام PCM؟

لا. تعتمد السلامة على التصميم الكامل، وتقييمات المكونات، وإعدادات الحماية، وجودة الخلية، والشاحن، والأسلاك، والموصل، والبنية الميكانيكية، والتحقق من الصحة. يمكن أن يكون PCM المحدد بشكل صحيح أكثر ملاءمة من BMS غير المطابق.

هل يوفر NTC الحماية من درجة الحرارة بنفسه؟

لا، إن NTC هو أحد مكونات استشعار درجة الحرارة. يجب على الشاحن أو الجهاز المضيف أو PCM أو BMS قراءتها واتخاذ الإجراء المطلوب عندما تتجاوز درجة الحرارة الحدود المحددة.

كيف يمكنني اختيار التصنيف الحالي لـ PCM أو BMS؟

استخدم الحد الأقصى للتيار المستمر للجهاز، وذروة التيار، ومدة الذروة، وتيار بدء التشغيل أو التوقف، وتيار الشحن، ودرجة حرارة التشغيل. تحقق أيضًا من خسائر MOSFET، وتخطيط اللوحة، والأسلاك، والموصل، وانخفاض الجهد، وعتبات الكشف، والأداء الحراري.

ما هو الخيار الذي يستهلك طاقة احتياطية أقل؟

يستهلك PCM الأساسي عمومًا طاقة أقل من نظام BMS الغني بالميزات، لكن القيم الفعلية تختلف بشكل كبير. قارن بين التشغيل والسكون والإيقاف والتيار في وضع الشحن باستخدام مواصفات الدائرة الحقيقية.

هل يمكن تخصيص PCM أو BMS لجهاز OEM؟

نعم. يمكن تصميم عتبات الحماية، وعدد السلسلة، والقدرة الحالية، وأجهزة استشعار درجة الحرارة، والموازنة، والاتصالات، وقياس الوقود، والموصل، والدبوس، وطول السلك، والأبعاد المادية، وسلوك الاسترداد وفقًا لمتطلبات الجهاز.