PCM vs BMS pro LiPo baterie: Jaký ochranný systém vaše zařízení potřebuje?

Li-polymerová baterie potřebuje více než jen vhodné napětí a kapacitu. Jeho ochranný systém musí také odpovídat chemii článků, počtu série, zátěžovému proudu, metodě nabíjení, provozní teplotě a informacím požadovaným hostitelským zařízením.

Ve specifikacích baterií se často objevují dva termíny: PCM neboli ochranný obvodový modul a BMS neboli systém správy baterie.

PCM se obvykle zaměřuje na základní ochranu proti poruchám, jako je přebití, nadměrné vybití, nadproud a odpojení proti zkratu. BMS může poskytnout stejnou ochranu a přidat funkce, jako je monitorování skupin buněk, vyvažování, odhad stavu nabití, protokolování dat a komunikace.

Toto rozlišení je užitečné, ale není absolutní. Sofistikovaná jednočlánková sada může potřebovat BMS, zatímco vícečlánková sestava může používat relativně jednoduchou ochrannou desku. Dodavatelé mohou také používat PCM, PCB, ochranné desky a BMS odlišně.

Správná volba tedy závisí na funkcích, které vaše zařízení potřebuje – nejen na tom, jak se obvod nazývá.

Tato příručka porovnává funkce PCM a BMS, vysvětluje, kdy může být každý přístup vhodný, a poskytuje praktický postup pro specifikaci ochrany pro lithium-polymerovou baterii.

Klíčové věci

• PCM je primárně určen k odpojení baterie při definovaných elektrických poruchách.

• BMS obvykle kombinuje ochranu s širšími funkcemi monitorování, odhadování, vyvažování, řízení nebo komunikace.

• PCM a BMS nejsou univerzálně standardizované kategorie produktů.

• Skutečná specifikace obvodu je důležitější než název vytištěný na výkresu nebo cenové nabídce.

• Jednočlánková sada může stále potřebovat BMS, když zařízení vyžaduje přesné procento baterie, ověření, diagnostiku nebo komunikaci.

• Sada více řad vyžaduje monitorování jednotlivých sériových skupin, i když se její ochranná deska nazývá PCM.

• Vyvažování článků je relevantní pro sériově zapojené napěťové skupiny, nikoli pro konvenční 1S sadu.

• PCM ani BMS by neměly být automaticky považovány za nabíječku baterií.

• Hodnoty vypnutí nadproudem nejsou stejné jako jmenovité hodnoty bezpečného trvalého proudu.

• Vysokonapěťové články vyžadují ochranu a prahové hodnoty nabíjení odpovídající jejich skutečné chemii.

• Teplotní ochrana je přítomna pouze tehdy, když je zahrnut požadovaný senzor, prahové hodnoty a řídicí cesta.

• Velikost, pohotovostní proud, náklady, aktuální kapacita a požadavky na komunikaci by měly být hodnoceny společně.

• Před schválením návrhu ochrany pro výrobu je vyžadováno testování na úrovni balení a zařízení.

Co je PCM v LiPo baterii?

PCM je zkratka pro Protection Circuit Module . Je také běžně popisována jako ochranná deska nebo deska s ochrannými obvody.

Typický PCM obsahuje ochranný IC, nabíjecí a vybíjecí MOSFETy, odpory, kondenzátory a vodivé cesty pro přenos proudu z baterie. V závislosti na provedení může také obsahovat prvek pro snímání proudu, pojistku, rozhraní NTC nebo jiné komponenty.

Jeho hlavním účelem je zabránit tomu, aby článek nebo balení zůstaly ve specifikovaných abnormálních elektrických podmínkách.

Společné funkce PCM

Základní PCM může poskytovat:

• Ochrana proti přepětí

• Ochrana proti přepětí

• Vybíjecí nadproudová ochrana

• Nadproudová ochrana nabíjení

• Ochrana proti zkratu

• Ovládání nabíjení a vybíjení MOSFET

• Obnova po poruchovém stavu

Další funkce mohou zahrnovat:

• Snímání teploty

• Sekundární přepěťová ochrana

• Tepelná pojistka

• Identifikace balení

• Zpožděná detekce závady

• Oddělené cesty řízení nabíjení a vybíjení

Ne každý ochranný modul obsahuje všechny tyto funkce. Například baterie může mít vodič NTC, který je čten nabíječkou nebo hostitelským zařízením, nikoli samotným PCM.

Co základní PCM obvykle neposkytuje

Konvenční ochranný modul obvykle nenabízí pokročilé funkce, jako jsou:

• Přesné hlášení stavu nabití

• Odhad zdravotního stavu

• Počítání cyklů

• Predikce zbývající doby běhu

• Protokolování událostí nebo chyb

• Řízení vyvažování buněk

• Digitální komunikace

• Autentizace baterie

• Firmware konfigurovatelný v terénu

• Podrobné diagnostické údaje

Tyto funkce vyžadují další měřicí obvody, algoritmy, paměť nebo komunikační rozhraní.

PCM tedy může chránit baterii, aniž by zařízení sdělovalo, kolik použitelné energie zbývá nebo proč došlo k předchozímu vypnutí.

Co je BMS?

BMS je zkratka pro Battery Management System . Týká se širší kombinace funkcí monitorování baterie, ochrany, řízení a správy dat.

BMS lze implementovat pomocí vyhrazeného integrovaného obvodu pro správu baterie, integrovaného obvodu palivoměru, mikrokontroléru, proudových a teplotních senzorů, vyvažovacích obvodů, MOSFETů, paměti a komunikačních komponent. Přesná architektura závisí na počtu buněk a požadavcích zařízení.

Pro širší úvod do těchto funkcí vysvětluje průvodce ZERNE jak systém správy baterie monitoruje a chrání baterii.

Společné funkce BMS

V závislosti na konstrukci může BMS poskytovat:

• Monitorování napětí článku nebo sériové skupiny

• Monitorování napájecího napětí

• Měření nabíjecího a vybíjecího proudu

• Monitorování teploty

• Ochrana proti přebití a nadměrnému vybití

• Ochrana proti nadproudu a zkratu

• Pasivní nebo aktivní vyvažování buněk

• Odhad stavu nabití

• Odhad zdravotního stavu

• Výpočet zbývající kapacity

• Počítání cyklů

• Protokolování poruch a událostí

• Autentizace baterie

• Ovládání nabíjení a vybíjení

• Komunikace s hostitelským zařízením nebo nabíječkou

• Nastavitelné prahové hodnoty ochrany

• Správa spánku, pohotovostního režimu a probuzení

BMS nezahrnuje automaticky všechny funkce v tomto seznamu. Některé systémy poskytují ochranu a vyvážení, ale nemají palivoměr. Jiné poskytují přesné informace o stavu nabití, ale spoléhají na samostatný chránič jako sekundární bezpečnostní vrstvu.

Požadované funkce musí být výslovně uvedeny ve specifikaci baterie.

PCM vs BMS: Nejdůležitější rozdíl

Praktický rozdíl je v rozsahu.

PCM se primárně ptá:

Vstoupila baterie do definovaného stavu elektrické poruchy a mělo by být nabíjení nebo vybíjení odpojeno?

BMS se také může zeptat:

Co se děje uvnitř balení, kolik energie zbývá, jak buňky stárnou a jaké informace nebo činnost zařízení vyžaduje?

To neznamená, že PCM je nebezpečné nebo že BMS je vždy lepší. Dobře navržený PCM může být zcela vhodný pro kompaktní produkt 1S s jednoduchými provozními požadavky. Zbytečně složitý systém správy může zvýšit náklady, oblast okruhů, dobu vývoje, spotřebu v pohotovostním režimu a integraci softwaru, aniž by zlepšil uživatelskou zkušenost.

Cílem je vybrat nejjednodušší architekturu, která splňuje všechny elektrické, bezpečnostní, diagnostické a produktové požadavky s vhodnou konstrukční rezervou.

Srovnání PCM vs BMS

Tato tabulka popisuje běžnou průmyslovou praxi spíše než univerzální standard pojmenování. Produkt označený 'BMS' může nabízet pouze základní ochranu proti přerušení, zatímco pokročilá deska označená 'PCM' může zahrnovat monitorování nebo vyvažování teploty.

Vždy porovnejte funkční specifikace, jmenovitý výkon obvodu a požadavky na test.

Jak fungují ochranné funkce PCM a BMS

Návrhy PCM a BMS mohou sdílet několik základních ochranných funkcí. Hlavní rozdíl je v tom, jak moc monitorují a co dělají se shromážděnými informacemi.

Ochrana proti přebití

Ochrana proti přebití sleduje, zda článek nebo sériová skupina během nabíjení nepřekročí definovanou prahovou hodnotu napětí.

Pokud je prahová hodnota překročena po stanovenou dobu zpoždění, ochranný obvod může vypnout nabíjecí MOSFET a přerušit nabíjení.

Je třeba rozlišovat tři hodnoty:

• Normální koncové napětí nabíječky

• Ochranné detekční napětí

• Ochranné obnovovací napětí

Prahová hodnota přebití by neměla být používána jako normální cíl nabíjení. Je to limit poruchy, který má reagovat, když selhala normální regulace nabíjení nebo došlo k abnormálnímu stavu.

Například běžný 4,2 V článek a vysokonapěťový článek určený pro 4,35 V nebo 4,4 V vyžadují odlišné parametry nabíjení a ochrany. Produkt využívající vysokonapěťové lithium-polymerové baterie musí používat prahové hodnoty přizpůsobené vybranému článku, spíše než generická ochranná deska lithiové baterie.

Ochrana proti nadměrnému vybití

Ochrana proti přebití odpojí zátěž, když sledované napětí klesne pod definovanou mez.

Tato funkce pomáhá zabránit tomu, aby článek zůstal pod nadměrným vybitím. K normálnímu vypnutí zařízení by však mělo obecně dojít dříve, než ochranný obvod dosáhne prahu nouzového vypnutí.

Pokud zařízení běžně funguje, dokud PCM nebo BMS neodpojí baterii, může dojít k:

• Náhlé vypnutí zařízení

• Snížená životnost cyklu

• Opakované namáhání nízkým napětím

• Obtížné restartování při zatížení

• Nepřesné hlášení procenta baterie

• Problémy s obnovou, když je napětí článku velmi nízké

Strategie podpětí hostitelského zařízení a prahová hodnota ochrany by proto měly být koordinovány.

Ochrana proti nadproudu

Nadproudová ochrana reaguje, když nabíjecí nebo vybíjecí proud překročí definovanou úroveň detekce po určitou dobu.

Nastavení se musí přizpůsobit platným událostem zatížení, jako jsou:

• Spuštění procesoru

• Záblesky rádiového přenosu

• Startování motoru

• Zastavení motoru

• Aktivace čerpadla

• Náběh ohřívače

• Nabíjení kondenzátoru

• Spuštění LED nebo displeje

• Dočasný špičkový výkon

Příliš nízká prahová hodnota může způsobit nepříjemné vypínání. Příliš vysoká prahová hodnota nemusí adekvátně chránit článek, MOSFETy, propojení, vodiče nebo konektory.

Vztah mezi kapacitou baterie a schopností vybíjení je diskutován dále v příručce k LiPo baterie hodnocení C.

Ochrana proti zkratu

Ochrana proti zkratu reaguje na velmi vysoký proud nebo rychlou změnu napětí v souladu s poruchou s nízkým odporem.

Jeho provoz závisí na více než aktuální hodnotě. Mezi relevantní parametry návrhu patří:

• Metoda detekce

• Detekční práh

• Zpoždění odezvy

• Doba přepnutí MOSFET

• Odpor proudové dráhy

• Indukčnost poruchové smyčky

• Způsob zotavení

• Chování konektoru

• Schopnost buňkového poruchového proudu

Označení 'ochrana proti zkratu' nedokazuje, že se baterie bude chovat správně při každé možné vnější poruše. Dokončená sestava ještě potřebuje definované testování chyb.

Teplotní ochrana

Teplotní ochrana může používat jeden nebo více NTC termistorů, IC teplotních senzorů nebo jiných snímacích prvků.

Senzor lze monitorovat:

• Ochranný obvod

• BMS

• Nabíječka

• Hostitelské zařízení

• Více než jeden systém

Specifikace by měla určit, který systém čte snímač a který systém může zastavit nabíjení nebo vybíjení.

Teplotní limity se mohou lišit pro:

• Nabíjení

• Nepřetržité vybíjení

• Špičkový výboj

• Skladování

• Nízkoteplotní provoz

• Vysokoteplotní provoz

Baterie s kabelem NTC nemá automaticky autonomní teplotní odpojení. NTC může poskytovat informace pouze jinému správci.

Vyvažování buněk

Vyvažování omezuje rozdíly napětí mezi sériově zapojenými skupinami.

Základní pasivní vyrovnávací obvod odebírá během nabíjení malé množství náboje z vysokonapěťové skupiny. Pokročilejší systémy mohou řídit vyvážení podle napětí, stavu nabití, teploty nebo provozního stavu.

Vyvažování není vyžadováno mezi sériovými skupinami v konvenčním 1S balení, protože existuje pouze jedna napěťová skupina. 1S2P pack je také považován za jednu napěťovou skupinu, ačkoli jeho paralelní články musí být stále těsně přizpůsobeny.

Vyvážení nelze opravit:

• Poškozená buňka

• Vážná ztráta kapacity

• Vysoké samovybíjení

• Špatné svařování

• Hlavní rozdíly odporu

• Nesprávná konfigurace balíčku

• Nevhodná nabíječka

Smečka, která opakovaně vyvíjí podstatnou nerovnováhu, vyžaduje vyšetření spíše než samotný vyšší vyrovnávací proud.

PCM je obvykle vhodné, když…

PCM může být vhodné, pokud má produkt relativně jednoduché požadavky na baterii.

Mezi typické podmínky patří:

• Sada má jednu sériovou napěťovou skupinu

• Zařízení nevyžaduje přesné hlášení procenta baterie

• Není potřeba žádná digitální komunikace

• Hostitelský systém již spravuje uživatelské rozhraní a normální vypnutí

• Základní napěťová, proudová a zkratová ochrana stačí

• Teplota je monitorována nabíječkou nebo hostitelským zařízením

• Velikost obvodu je velmi omezená

• Důležitá je velmi nízká spotřeba v pohotovostním režimu

• Baterie není určena k poskytování servisních nebo diagnostických dat

• Ochranné prahy mohou zůstat pevné

• Profil zatížení je předvídatelný a byl ověřen

Mezi možné aplikace patří kompaktní senzory, základní sledovače, jednoduché produkty osvětlení, malá spotřební elektronika a další zařízení, která potřebují spolehlivé odpojení od chyb bez funkcí inteligentní baterie.

Slovo 'jednoduché' odkazuje na požadavky na správu, nikoli na důležitost aplikace. Malé zařízení může stále vyžadovat sofistikované monitorování, pokud je důležitá detekce selhání, přesné informace o době provozu nebo sledovatelnost.

BMS je obvykle preferováno, když…

Širší systém správy může být vhodný, když zařízení vyžaduje funkce nad rámec základní ochrany proti přerušení.

Mezi běžné důvody patří:

• Balíček obsahuje několik sériově zapojených skupin

• Napětí jednotlivých skupin je nutné sledovat

• Je vyžadováno vyvážení buněk

• Zařízení zobrazuje přesné procento baterie

• Je třeba odhadnout zbývající dobu běhu

• Hostitelské zařízení potřebuje údaje o napětí baterie, proudu nebo teplotě

• Balíček musí hlásit závady

• Je vyžadován počet cyklů nebo zdravotní stav

• Je vyžadováno ověření baterie

• Nabíjecí systém komunikuje s packem

• Nastavení ochrany musí být konfigurovatelné

• Aplikace využívá chytrou baterii vyměnitelnou v terénu

• Sada podporuje několik provozních režimů

• Produkt vyžaduje servisní diagnostiku nebo záznamy událostí

• Zařízení má variabilní nebo náročný profil zatížení

• Systém musí koordinovat chování baterie s ostatními subsystémy

Tyto požadavky se často objevují u ručních terminálů, lékařské elektroniky, robotiky, průmyslových přístrojů, přenosných testovacích zařízení, komunikačních zařízení a připojených produktů.

Potřebuje každá 1S LiPo baterie pouze PCM?

Žádný.

Sada 1S má pouze jednu sériovou napěťovou skupinu, takže nepotřebuje vyvažování mezi sériově zapojenými články. To snižuje složitost obvodu, ale neodstraňuje to potřebu funkcí správy.

Jednočlánková baterie může stále potřebovat BMS nebo inteligentní bateriový obvod, když zařízení vyžaduje:

• Přesné hlášení stavu nabití

• Odhad zbývající doby běhu

• Měření proudu

• Počítání cyklů

• Sledování zdravotního stavu

• Historie poruch

• Autentizace baterie

• Digitální komunikace

• Nastavitelná ochrana

• Vícenásobná měření teploty

Například připojené lékařské zařízení a jednoduchý LED produkt mohou oba používat 3,7 V pouzdrový článek. Jejich napětí baterie může být stejné, ale jejich požadavky na monitorování, diagnostiku a spolehlivost jsou velmi odlišné.

Samotný počet sérií by neměl určovat architekturu ochrany.

Potřebuje každý víceřadý balíček BMS?

Vícesériová baterie vyžaduje ochranu, která monitoruje každou sériově zapojenou napěťovou skupinu. Sledování pouze celkového napětí baterie nestačí.

Například sada 2S s celkovým napětím 8,0 V může obsahovat:

• Dvě skupiny po 4,0 V

• Jedna skupina na 4,15 V a jedna na 3,85 V

• Jedna skupina na 4,25 V a jedna na 3,75 V

Stejné celkové napětí může skrýt skupinu, která překročila povolený limit.

Relativně jednoduchá vícečlánková ochranná deska může poskytovat individuální detekci napětí, aniž by nabízela komunikaci, palivoměr nebo pokročilou diagnostiku. Někteří dodavatelé nazývají tento obvod jako vícečlánkový PCM, zatímco jiní jej nazývají základní BMS.

Základní požadavky jsou, aby:

• Odpovídá přesnému počtu sérií

• Sleduje každou skupinu sérií

• Používá správné prahové hodnoty napětí

• Podporuje požadovaný proud

• Správně reaguje na nerovnováhu

• Poskytuje vyvážení, pokud to návrh vyžaduje

• Odpovídá chemii nabíječky a článku

• Má vhodné teplotní a poruchové chování

Funkční specifikace je důležitější než to, zda nabídka používá PCM nebo BMS.

Příklady zařízení: PCM nebo BMS?

Toto jsou výchozí body, nikoli konečné předpisy. Výběr může změnit posouzení rizik zařízení, provozní profil, příslušné normy, architektura nabíječky a konstrukce balení.

Jak si vybrat mezi PCM a BMS

1. Potvrďte chemii buňky a meze napětí

Dokument:

• Buněčná chemie

• Jmenovité napětí

• Maximální nabíjecí napětí

• Doporučený limit vypouštění

• Počet skupin sérií

• Počet paralelních buněk na skupinu

• Limit nabíjecího proudu

• Možnost kontinuálního vybíjení

• Špičkový výboj

• Povolený rozsah teplot

Nevybírejte ochrannou desku pouze ze štítku '3,7 V baterie'. Články s podobným jmenovitým napětím mohou používat různé maximální limity nabíjení.

2. Definujte profil zatížení zařízení

Změřte nebo odhadněte:

• Spánkový proud

• Pohotovostní proud

• Typický proud

• Maximální trvalý proud

• Špičkový proud

• Trvání špičky

• Startovací proud

• Proud při zastavení motoru

• Opakující se pulzní proud

• Poruchový proud

• Nabíjecí proud

Krátké zátěžové impulsy mohou ovlivnit výběr ochrany, i když je průměrný proud nízký.

Bezdrátový sledovač může například strávit většinu času ve stavu nízké spotřeby a poté během přenosu dat vygeneruje krátký proudový impuls. PCM nebo BMS musí umožnit platný impuls bez nadměrného poklesu napětí nebo rušivého přerušení.

3. Rozhodněte, co zařízení potřebuje vědět

Zeptejte se, zda hostitelské zařízení potřebuje pouze informace o napájení nebo také o baterii.

Mezi možné požadavky na údaje patří:

• Napětí balení

• Napětí jednotlivých skupin

• Proud

• Teplota

• Stav nabití

• Zbývající kapacita

• Zbývající doba běhu

• Zdravotní stav

• Počet cyklů

• Kód závady

• Identita baterie

• Výrobní data

Pokud zařízení potřebuje pouze upozornění na vybití baterie, může stačit hostitelský ADC. Pokud musí spolehlivě zobrazovat procento baterie při různém zatížení a teplotě, může být nezbytná funkce palivoměru.

4. Zjistěte, zda je komunikace vyžadována

Inteligentní BMS může komunikovat prostřednictvím:

• I²C

• SMBus

• UART

• CAN

• RS-485

• Proprietární jednodrátové rozhraní

• Další protokol specifický pro produkt

Rozhraní musí být dohodnuto včas, protože ovlivňuje konektor baterie, počet kolíků, hostitelský software, proces testování a strategii výměny.

Samotný název protokolu nestačí. Tým zařízení a dodavatel baterií by také měli definovat:

• Datová pole

• Adresování

• Rychlost aktualizace

• Chování při probuzení

• Zpracování chyb

• Oprávnění příkazů

• Vlastnictví firmwaru

• Kompatibilita mezi revizemi

5. Definujte odpovědnost za snímání teploty

Upřesněte:

• Počet teplotních čidel

• Typ a odpor snímače

• Umístění senzoru

• Teplotní limity nabíjení

• Teplotní limity vybíjení

• Teploty regenerace

• Který ovladač čte každý senzor

• Který ovladač může zastavit nabíjení

• Který ovladač může přestat vybíjet

Kompaktní balení může používat jeden NTC v blízkosti těla buňky. Větší nebo vyšší proudová sestava může vyžadovat samostatné senzory v blízkosti článků a ochranných součástí.

6. Vyhodnoťte monitorování a vyvažování sériových skupin

Pro víceřadové konfigurace určete:

• Počet sledovaných skupin

• Přesnost měření napětí

• Hranice přebití a přebití

• Zpoždění detekce

• Chování při obnově

• Povolený rozdíl skupinového napětí

• Vyrovnání startovacího napětí

• Vyrovnávací proud

• Podmínky vyvažování

• Chybové chování při odpojení snímacího vodiče

Vyvážení by mělo být zvoleno podle konzistence článků, počtu sérií, způsobu nabíjení, očekávaného stárnutí a provozního profilu.

7. Zkontrolujte skutečnou aktuální cestu

Nevybírejte desku pouze podle inzerovaného proudu.

Použitelný proud závisí na:

• MOSFET na odpor

• Počet a uspořádání MOSFETů

• Tloušťka PCB mědi

• Odpor při snímání proudu

• Odolnost jazýčku a svaru

• Průřez a délka drátu

• Odpor konektoru

• Podmínky chlazení

• Teplota krytu

• Trvání špičky

• Ochranné načasování

Ochranná deska popsaná jako '10 A' nemusí být schopna nepřetržitě přenášet 10 A uvnitř uzavřeného kompaktního zařízení bez nadměrného nárůstu teploty.

Jmenovitý proud musí být ověřen v určeném balení a krytu.

8. Zvažte napájení v pohotovostním režimu

Oba obvody PCM i BMS spotřebovávají energii.

To se stává obzvláště důležité v:

• Nízkokapacitní buňky

• Produkty s dlouhou dobou skladování

• Sledovací zařízení

• Dálkové senzory

• Nouzové vybavení

• Produkty s dlouhou dodací lhůtou

• Zařízení, která tráví většinu času ve spánku

Inteligentní systém správy může nabízet režim s nízkou spotřebou nebo přepravu, ale jeho chování je třeba ověřit. Mezi důležité specifikace patří:

• Normální provozní proud

• Spánkový proud

• Vypínací proud

• Metoda probuzení

• Chování v režimu úložiště

• Zotavení po hlubokém spánku

Pokročilý obvod, který během skladování vybíjí baterii, může být méně vhodný než jednodušší PCM, i když poskytuje více funkcí.

9. Připojte nabíječku ke kompletnímu balení

Nabíječka by měla poskytovat správný nabíjecí profil, limit napětí a proudovou regulaci pro zvolenou chemii a konfiguraci článků.

PCM nebo BMS je obecně ochranná vrstva, ne normální regulátor nabíjení.

Některá integrovaná řešení kombinují nabíjecí a řídící funkce, ale to musí být potvrzeno ze skutečného návrhu. Dodavatel by neměl předpokládat, že deska řídí nabíjení pouze proto, že se nazývá BMS.

Potvrdit:

• Výstupní napětí nabíječky

• Rozsah nabíjecího proudu

• Způsob ukončení nabíjení

• Regulace teploty

• Chování před nabíjením

• Práh dobíjení

• Požadavky na komunikaci

• Chování po vypnutí ochrany

• Kompatibilita s napájecí cestou hostitele

10. Definujte chování při selhání a zotavení

Ochrana se netýká pouze odpojení baterie. Tým zařízení musí také pochopit, co se stane poté.

Definovat:

• Zda jsou nabíjecí a vybíjecí cesty řízeny samostatně

• Zda je pro obnovení nutná nabíječka

• Zda musí být náklad odstraněn

• Zda je obnova automatická

• Zda je zablokována trvalá porucha

• Zda hostitel obdrží chybový kód

• Zda jsou uložená data zachována

• Zda může uživatel restartovat zařízení

• Zda je nutný servisní zásah

Neočekávané chování při obnově může způsobit selhání pole, i když ochranný obvod funguje správně.

Proč samotné ochranné jméno nestačí

Nabídka, která uvádí pouze 'PCM včetně' nebo 'BMS včetně', je neúplná.

Dodavatel by měl uvést minimálně:

• Podporovaná chemie

• Počet sérií

• Maximální nabíjecí napětí

• Detekce přebití a obnovení napětí

• Detekce nadměrného vybití a obnovení napětí

• Prahová hodnota nadproudu nabití

• Vybíjecí nadproudový práh

• Odezva na zkrat

• Možnost trvalého proudu

• Špičkový proud a trvání

• Funkce sledování teploty

• Buněčné balanční funkce

• Aktuální spotřeba

• Komunikační rozhraní

• Funkce palivoměru

• Konektor a pinout

• Chování při obnově

• Fyzické rozměry

Pokud je vyžadován inteligentní BMS, dokumentace může také vyžadovat:

• Komunikační protokol

• Registrovat mapu

• Konfigurační soubor

• Verze firmwaru

• Algoritmus stavu nabití

• Proces kalibrace

• Metoda autentizace

• Chování při uchovávání dat

• Postup aktualizace a revize

Název desky je pouze začátek specifikace.

Běžné chyby při výběru PCM a BMS

Informace, které je třeba poskytnout výrobci LiPo baterií

Úplný požadavek umožňuje dodavateli baterie doporučit PCM nebo BMS založené na zařízení spíše než generickou desku.

Požadavky na baterii

• Jmenovité napětí

• Maximální nabíjecí napětí

• Požadovaná kapacita

• Sériová a paralelní konfigurace

• Preferovaná buněčná chemie

• Maximální rozměry baterie

• Hmotnostní limit

• Očekávaná životnost cyklu

• Provozní a skladovací teplota

• Cílová doba nabíjení

Požadavky na zatížení

• Typický proud

• Maximální trvalý proud

• Špičkový proud

• Trvání špičky

• Startovací proud

• Zablokovací proud motoru nebo zapínací proud ohřívače

• Spánkový proud

• Požadovaná doba běhu

• Prahová hodnota podpětí zařízení

Požadavky na ochranu

• Ochrana proti přebití

• Ochrana proti nadměrnému vybití

• Nadproudová ochrana nabíjení

• Vybíjecí nadproudová ochrana

• Ochrana proti zkratu

• Snímání teploty

• Sekundární pojistka nebo ochranná vrstva

• Vyvažování buněk

• Požadované chování při obnově chyb

Požadavky na inteligentní baterii

• Zobrazení procenta baterie

• Přesnost stavu nabití

• Odhad zdravotního stavu

• Počet cyklů

• Výpočet zbývající doby běhu

• Protokolování poruch

• Autentizace baterie

• Komunikační protokol

• Požadavky na firmware nebo registraci

Požadavky na připojení

• Výrobce a série konektorů

• Spojovací konektor

• Počet pinů

• Pinout

• Polarita

• Měřidlo drátu

• Délka drátu

• vedení NTC

• Vyvážení vedení

• Komunikační dráty

• Směr výstupu kabelu

ZERNE's zakázková řešení Li-polymerových baterií mohou integrovat výběr článků, funkce PCM nebo BMS, snímání teploty, konektory, kabeláž a strukturu balení podle elektrických a mechanických požadavků OEM zařízení.

Jak ověřit vybraný systém ochrany

Vybrané PCM nebo BMS by měly být vyhodnoceny nejprve na úrovni baterie a poté uvnitř konečného zařízení.

Příslušné ověření může zahrnovat:

• Kompatibilita nabíjení

• Napětí při plném nabití

• Detekce přebití

• Detekce nadměrného vybití

• Provoz na trvalý proud

• Odezva na špičkový proud

• Chování při spouštění

• Odezva na zkrat

• Zvýšení teploty MOSFET

• Zvýšení teploty konektoru

• Pokles napětí

• Přesnost snímače teploty

• Chování při nízkých a vysokých teplotách

• Měření napětí v sérii

• Vyvažování buněk

• Přesnost stavu nabití

• Stabilita komunikace

• Chování při spánku a probouzení

• Aktuální režim expedice

• Protokolování poruch

• Obnova po přerušení ochrany

• Opakované cyklování nabíjení-vybíjení

• Dlouhodobé skladování

• Chování při vypínání zařízení

Testování by mělo používat buňky produkčního záměru, propojení, vodiče, konektory, materiály krytu, firmware a nastavení nabíječky.

Baterie, která projde testem proudu na otevřeném stole, se může uvnitř uzavřeného zařízení chovat odlišně. Tepelné prostředí a úplná proudová cesta mohou ovlivnit pokles napětí, teplotu MOSFET, sdílení proudu a chování při přerušení.

The Systém kontroly kvality Li-polymerových baterií poskytuje další informace o konzistenci článků, monitorování procesu, elektrické verifikaci a kontrole hotové baterie.

Závěr

PCM i BMS mohou chránit LiPo baterii, ale jsou navrženy pro různé úrovně systémové odpovědnosti.

PCM obvykle poskytuje základní ochranu proti napětí, proudu a zkratu v kompaktním obvodu s nízkou složitostí. Může být vhodné, když má zařízení předvídatelné zatížení, nevyžaduje podrobné informace o baterii a zvládá běžné nabíjení a vypínání prostřednictvím jiných částí systému.

BMS se stává relevantnějším, když baterie musí monitorovat více sériových skupin, vyvažovat články, odhadovat zbývající kapacitu, zaznamenávat chyby, ověřovat sadu nebo komunikovat s hostitelským zařízením.

Výběr by neměl být založen pouze na velikosti balení, kapacitě nebo počtu sérií. Malé jednobuňkové zařízení může vyžadovat chytrou správu, zatímco větší balení může potřebovat pouze dobře definovanou základní ochranu. Stejně tak ani štítek PCM ani BMS nezaručují specifické funkce teploty, vyvažování, měření nebo komunikace.

Konečná specifikace ochrany by měla odpovídat chemii článku, profilu zátěže, nabíječce, proudové cestě, provozní teplotě, cíli pohotovostního režimu, softwaru zařízení a očekávanému chybovému chování. Potvrzení těchto požadavků před výrobou vzorků pomáhá předcházet nepříjemným odstávkám, nepřesným zprávám o bateriích, nadměrnému zahřívání a přepracování produktu v pozdní fázi.

Často kladené otázky

Jaký je hlavní rozdíl mezi PCM a BMS?

PCM poskytuje především ochranu proti elektrickému selhání, zatímco BMS může kombinovat ochranu s monitorováním, vyvažováním, odhadem stavu, diagnostikou a komunikací. Přesné funkce se u jednotlivých produktů liší, takže specifikace je spolehlivější než název.

Potřebuje každá LiPo baterie PCM nebo BMS?

Dobíjecí lithium-polymerová baterie vyžaduje vhodnou strategii ochrany na úrovni systému. Ochrana může být integrována do baterie, zařízení nebo jiného kvalifikovaného obvodu v závislosti na architektuře produktu. Článek by neměl být používán bez ověřených kontrol přebití, nadměrného vybití, nadproudu, zkratu, nabíjení a teplotních kontrol vhodných pro danou aplikaci.

Je PCM to samé jako ochrana PCB?

Termíny se často používají zaměnitelně. PCB technicky odkazuje na samotnou desku s plošnými spoji, zatímco PCM odkazuje na kompletní modul ochranného obvodu. V nabídkách komerčních baterií však mohou dodavatelé použít PCM, PCB a ochranné desky pro podobné sestavy.

Může PCM vyrovnávat buňky?

Některé vícečlánkové ochranné moduly obsahují vyvažování, ale mnoho základních PCM ne. Pokud je požadováno vyvážení, měly by být výslovně specifikovány jeho počáteční napětí, proud, přesnost a provozní podmínky.

Může BMS nabíjet LiPo baterii?

Ne nutně. BMS může monitorovat nebo kontrolovat, zda je nabíjení povoleno, ale samostatný nabíječ obvykle reguluje požadovaný proudový a napěťový profil. Některé integrované obvody kombinují funkce nabíjení a správy baterie, takže musí být potvrzena skutečná architektura.

Potřebuje 1S LiPo baterie BMS?

Základní balení 1S může potřebovat pouze PCM, ale BMS může být vhodné, pokud zařízení vyžaduje přesné hlášení stavu nabití, měření proudu, komunikaci, autentizaci, protokolování chyb nebo jiné chytré funkce.

Potřebuje 2S baterie 2S BMS?

Potřebuje ochranný a monitorovací obvod navržený pro dvě sériově zapojené napěťové skupiny. Produkt může být nazýván 2S BMS nebo 2S PCM, ale musí monitorovat obě skupiny a odpovídat požadavkům na chemii, proud, nabíjecí napětí a vyvážení.

Je BMS vždy bezpečnější než PCM?

Ne. Bezpečnost závisí na celkovém návrhu, jmenovitých hodnotách součástí, nastavení ochrany, kvalitě článků, nabíječce, kabeláži, konektoru, mechanické konstrukci a ověření. Správně specifikovaný PCM může být vhodnější než špatně přizpůsobený BMS.

Poskytuje NTC samo o sobě teplotní ochranu?

Ne. NTC je komponenta snímající teplotu. Nabíječka, hostitelské zařízení, PCM nebo BMS jej musí přečíst a provést požadovanou akci, když teplota překročí definované limity.

Jak si mám vybrat aktuální hodnocení PCM nebo BMS?

Použijte maximální trvalý proud zařízení, špičkový proud, dobu trvání špičky, proud při spuštění nebo zastavení, nabíjecí proud a provozní teplotu. Zkontrolujte také ztráty MOSFET, uspořádání desky, vodiče, konektory, pokles napětí, prahové hodnoty detekce a tepelný výkon.

Která možnost spotřebovává méně energie v pohotovostním režimu?

Základní PCM obecně spotřebovává méně energie než BMS s bohatými funkcemi, ale skutečné hodnoty se výrazně liší. Porovnejte provozní, klidový, vypínací a expediční proud pomocí skutečných specifikací obvodu.

Lze PCM nebo BMS přizpůsobit pro zařízení OEM?

Ano. Ochranné prahové hodnoty, sériový počet, proudová kapacita, teplotní senzory, vyvážení, komunikace, palivoměr, konektor, pinout, délka vodiče, fyzické rozměry a chování při obnově mohou být navrženy podle požadavků zařízení.