PCM vs BMS per batterie LiPo: di quale sistema di protezione ha bisogno il tuo dispositivo?

Una batteria ai polimeri di litio richiede più di una tensione e una capacità adeguate. Il suo sistema di protezione deve inoltre corrispondere alla chimica delle celle, al conteggio delle serie, alla corrente di carico, al metodo di ricarica, alla temperatura operativa e alle informazioni richieste dal dispositivo host.

Due termini compaiono spesso nelle specifiche della batteria: PCM, o modulo del circuito di protezione, e BMS, o sistema di gestione della batteria.

Un PCM di solito si concentra sulla protezione essenziale dai guasti, come sovraccarico, scarica eccessiva, sovracorrente e interruzione da cortocircuito. Un BMS può fornire la stessa protezione aggiungendo funzioni come il monitoraggio dei gruppi di celle, il bilanciamento, la stima dello stato di carica, la registrazione dei dati e la comunicazione.

Questa distinzione è utile, ma non è assoluta. Un sofisticato pacco a cella singola potrebbe necessitare di un BMS, mentre un gruppo multicella potrebbe utilizzare una scheda di protezione relativamente semplice. I fornitori possono anche utilizzare PCM, PCB, schede di protezione e BMS in modo diverso.

La scelta corretta dipende quindi dalle funzioni di cui ha bisogno il tuo dispositivo, non solo da come viene chiamato il circuito.

Questa guida mette a confronto le funzioni PCM e BMS, spiega quando ciascun approccio può essere appropriato e fornisce un processo pratico per specificare la protezione per una batteria ai polimeri di litio.

Punti chiave

• Un PCM è progettato principalmente per scollegare la batteria in caso di guasti elettrici definiti.

• Un BMS solitamente combina la protezione con funzioni più ampie di monitoraggio, stima, bilanciamento, controllo o comunicazione.

• PCM e BMS non sono categorie di prodotti universalmente standardizzate.

• Le specifiche effettive del circuito sono più importanti del nome stampato su un disegno o su un preventivo.

• Un pacco a cella singola potrebbe comunque aver bisogno di un BMS quando il dispositivo richiede una percentuale accurata della batteria, autenticazione, diagnostica o comunicazione.

• Un pacchetto multi-serie richiede il monitoraggio del singolo gruppo di serie, anche se la sua scheda di protezione è chiamata PCM.

• Il bilanciamento delle celle è rilevante per i gruppi di tensione collegati in serie, non per un pacco 1S convenzionale.

• Né un PCM né un BMS dovrebbero essere automaticamente trattati come caricabatteria.

• I valori di intervento per sovracorrente non corrispondono ai valori nominali di corrente continua sicura.

• Le celle ad alta tensione richiedono protezione e soglie di carica adeguate alla loro effettiva chimica.

• La protezione della temperatura è presente solo quando sono inclusi il sensore, le soglie e il percorso di controllo richiesti.

• Le dimensioni, la corrente in standby, il costo, la capacità di corrente e i requisiti di comunicazione devono essere valutati insieme.

• Sono necessari test a livello di pacchetto e di dispositivo prima che il progetto di protezione venga approvato per la produzione.

Cos'è un PCM in una batteria LiPo?

PCM sta per Modulo circuito di protezione . Viene comunemente descritto anche come scheda di protezione o scheda di circuito di protezione.

Un tipico PCM contiene un circuito integrato di protezione, MOSFET di carica e scarica, resistori, condensatori e percorsi conduttivi per trasportare la corrente della batteria. A seconda del modello può includere anche un elemento di rilevamento della corrente, un fusibile, un'interfaccia NTC o altri componenti.

Il suo scopo principale è impedire che la cella o il pacco rimangano in specifiche condizioni elettriche anomale.

Funzioni PCM comuni

Un PCM di base può fornire:

• Protezione da sovratensione

• Protezione da sovratensione di scarica

• Protezione da sovracorrente di scarica

• Protezione da sovracorrente di carica

• Protezione da cortocircuito

• Controllo MOSFET di carica e scarica

• Ripristino dopo una condizione di guasto

Ulteriori funzioni possono includere:

• Rilevamento della temperatura

• Protezione secondaria da sovratensione

• Un fusibile termico

• Identificazione del pacco

• Rilevamento ritardato dei guasti

• Percorsi di controllo di carica e scarica separati

Non tutti i moduli di protezione includono tutte queste funzioni. Ad esempio, una batteria può avere un filo NTC che viene letto dal caricabatterie o dal dispositivo host anziché dal PCM stesso.

Cosa un PCM di base di solito non fornisce

Un modulo di protezione convenzionale normalmente non offre funzioni avanzate come:

• Reporting accurato sullo stato di carica

• Stima dello stato di salute

• Conteggio del ciclo

• Previsione del tempo di esecuzione rimanente

• Registrazione di eventi o guasti

• Controllo del bilanciamento cellulare

• Comunicazione digitale

• Autenticazione della batteria

• Firmware configurabile sul campo

• Dati diagnostici dettagliati

Queste funzioni richiedono circuiti di misurazione, algoritmi, memoria o interfacce di comunicazione aggiuntivi.

Un PCM può quindi proteggere una batteria senza dire al dispositivo quanta energia utilizzabile rimane o perché si è verificato un precedente spegnimento.

Cos'è un BMS?

BMS sta per Sistema di gestione della batteria . Si riferisce a una combinazione più ampia di funzioni di monitoraggio, protezione, controllo e gestione dei dati della batteria.

Un BMS può essere implementato utilizzando un CI dedicato per la gestione della batteria, un CI per l'indicatore del carburante, un microcontrollore, sensori di corrente e temperatura, circuiti di bilanciamento, MOSFET, memoria e componenti di comunicazione. L'architettura esatta dipende dal numero di celle e dai requisiti del dispositivo.

Per un'introduzione più ampia a queste funzioni, spiega la guida di ZERNE come un sistema di gestione della batteria monitora e protegge un pacco batteria.

Funzioni BMS comuni

A seconda del progetto, un BMS può fornire:

• Monitoraggio della tensione di cella o di gruppo in serie

• Monitoraggio della tensione del pacco

• Misura della corrente di carica e scarica

• Monitoraggio della temperatura

• Protezione da sovraccarico e scarica eccessiva

• Protezione da sovracorrente e cortocircuito

• Bilanciamento cellulare passivo o attivo

• Stima dello stato di carica

• Stima dello stato di salute

• Calcolo della capacità rimanente

• Conteggio del ciclo

• Registrazione di guasti ed eventi

• Autenticazione della batteria

• Controllo di carica e scarica

• Comunicazione con il dispositivo host o il caricabatterie

• Soglie di protezione configurabili

• Gestione del sonno, dello standby e della sveglia

Un BMS non include automaticamente tutte le funzioni in questo elenco. Alcuni sistemi forniscono protezione e bilanciamento ma non forniscono indicatore di livello carburante. Altri forniscono informazioni accurate sullo stato di carica ma si affidano a un dispositivo di protezione separato come livello di sicurezza secondario.

Le funzioni richieste devono essere esplicitamente indicate nelle specifiche della batteria.

PCM vs BMS: la differenza più importante

La differenza pratica è di portata.

Un PCM chiede principalmente:

La batteria è entrata in una condizione di guasto elettrico definita e la carica o la scarica devono essere disconnesse?

Un BMS può anche chiedere:

Cosa succede all'interno dell'impacco, quanta energia rimane, come invecchiano le cellule e quali informazioni o azioni richiede il dispositivo?

Ciò non significa che un PCM non sia sicuro o che un BMS sia sempre superiore. Un PCM ben progettato può essere del tutto appropriato per un prodotto 1S compatto con requisiti operativi semplici. Un sistema di gestione inutilmente complesso può aggiungere costi, area del circuito, tempo di sviluppo, consumo in standby e lavoro di integrazione del software senza migliorare l'esperienza dell'utente.

L'obiettivo è selezionare l'architettura più semplice che soddisfi tutti i requisiti elettrici, di sicurezza, diagnostici e di prodotto con un adeguato margine di progettazione.

Confronto tra PCM e BMS

Questa tabella descrive la pratica comune del settore piuttosto che uno standard di denominazione universale. Un prodotto etichettato 'BMS' può offrire solo una protezione di interruzione di base, mentre una scheda avanzata etichettata 'PCM' può includere il monitoraggio o il bilanciamento della temperatura.

Confrontare sempre le specifiche funzionali, la potenza nominale del circuito e i requisiti di test.

Come funzionano le funzioni di protezione PCM e BMS

I progetti PCM e BMS possono condividere diverse funzioni di protezione fondamentali. La differenza principale è quanto monitorano e cosa fanno con le informazioni raccolte.

Protezione da sovraccarico

La protezione da sovraccarico monitora se una cella o un gruppo in serie supera una soglia di tensione definita durante la carica.

Se la soglia viene superata per il tempo di ritardo specificato, il circuito di protezione può spegnere il MOSFET di carica e interrompere la carica.

Occorre distinguere tre valori:

• Tensione di terminazione del caricabatterie normale

• Tensione di rilevamento della protezione

• Tensione di ripristino della protezione

La soglia di sovraccarico non deve essere utilizzata come obiettivo di ricarica normale. Si tratta di un limite di guasto destinato a rispondere quando la normale regolazione della carica non è riuscita o si è verificata una condizione anomala.

Ad esempio, una cella convenzionale da 4,2 V e una cella ad alta tensione progettata per 4,35 V o 4,4 V richiedono parametri di carica e protezione diversi. Un prodotto che utilizza le batterie ai polimeri di litio ad alta tensione devono utilizzare soglie abbinate alla cella selezionata anziché una generica scheda di protezione della batteria al litio.

Protezione da scarica eccessiva

La protezione da scarica eccessiva disconnette il carico quando la tensione monitorata scende al di sotto di un limite definito.

Questa funzione aiuta a evitare che la cella rimanga eccessivamente scarica. Tuttavia, il normale spegnimento del dispositivo dovrebbe generalmente avvenire prima che il circuito di protezione raggiunga la soglia di interruzione di emergenza.

Se il dispositivo funziona regolarmente finché il PCM o il BMS non scollegano il pacco, la batteria potrebbe presentare:

• Arresto improvviso del dispositivo

• Ciclo di vita utile ridotto

• Stress ripetuto a bassa tensione

• Difficoltà di riavvio sotto carico

• Report sulla percentuale della batteria impreciso

• Problemi di recupero quando la tensione della cella è molto bassa

La strategia di sottotensione del dispositivo host e la soglia di protezione dovrebbero pertanto essere coordinate.

Protezione da sovracorrente

La protezione da sovracorrente risponde quando la corrente di carica o di scarica supera un livello di rilevamento definito per un periodo specificato.

L'impostazione deve contenere eventi di carico validi come:

• Avvio del processore

• Scoppi di trasmissioni radio

• Avviamento del motore

• Stallo del motore

• Attivazione della pompa

• Spunto del riscaldatore

• Carica dei condensatori

• Avvio del LED o del display

• Potenza di picco temporanea

Una soglia troppo bassa può causare spegnimenti fastidiosi. Una soglia troppo alta potrebbe non riuscire a proteggere adeguatamente la cella, i MOSFET, le interconnessioni, il cavo o il connettore.

La relazione tra capacità della batteria e capacità di scarica è discussa più avanti nella guida Classificazione C della batteria LiPo.

Protezione da cortocircuito

La protezione da cortocircuito risponde a una corrente molto elevata o a una rapida variazione di tensione compatibile con un guasto a bassa resistenza.

Il suo funzionamento dipende da qualcosa di più del valore corrente. I parametri di progettazione rilevanti includono:

• Metodo di rilevamento

• Soglia di rilevamento

• Ritardo nella risposta

• Tempo di commutazione del MOSFET

• Resistenza al percorso di corrente

• Induttanza del circuito di guasto

• Metodo di recupero

• Comportamento del connettore

• Capacità di corrente di guasto della cella

Un'etichetta che riporta la 'protezione da cortocircuito' non prova che il pacco si comporterà correttamente sotto ogni possibile guasto esterno. L'assemblaggio completato necessita ancora di test di guasto definiti.

Protezione dalla temperatura

La protezione della temperatura può utilizzare uno o più termistori NTC, sensori di temperatura IC o altri elementi di rilevamento.

Il sensore può essere monitorato da:

• Il circuito di protezione

• Il BMS

• Il caricabatterie

• Il dispositivo ospite

• Più di un sistema

La specifica dovrebbe identificare quale sistema legge il sensore e quale sistema può interrompere la carica o la scarica.

I limiti di temperatura possono differire per:

• In carica

• Scarico continuo

• Scarico di punta

• Magazzinaggio

• Funzionamento a bassa temperatura

• Funzionamento ad alta temperatura

Una batteria con cavo NTC non è dotata di spegnimento automatico della temperatura. Il NTC può fornire informazioni solo ad un altro titolare del trattamento.

Bilanciamento cellulare

Il bilanciamento limita le differenze di tensione tra gruppi collegati in serie.

Un circuito di bilanciamento passivo di base rimuove una piccola quantità di carica da un gruppo ad alta tensione durante la carica. Sistemi più avanzati possono controllare il bilanciamento in base alla tensione, allo stato di carica, alla temperatura o allo stato operativo.

Non è necessario il bilanciamento tra i gruppi in serie in un pacco 1S convenzionale poiché esiste un solo gruppo di tensione. Anche un pacco 1S2P viene trattato come un gruppo di tensione, sebbene le sue celle parallele debbano comunque essere strettamente abbinate.

Il bilanciamento non può riparare:

• Una cellula danneggiata

• Grave perdita di capacità

• Elevata autoscarica

• Saldatura scadente

• Principali differenze di resistenza

• Una configurazione del pacchetto errata

• Un caricabatterie non adatto

Un gruppo che sviluppa ripetutamente uno squilibrio sostanziale richiede un'indagine piuttosto che una sola corrente di bilanciamento più elevata.

Un PCM è solitamente adatto quando...

Un PCM può essere appropriato quando il prodotto ha requisiti di batteria relativamente semplici.

Le condizioni tipiche includono:

• Il pacco ha un gruppo di tensione in serie

• Il dispositivo non richiede un reporting accurato della percentuale della batteria

• Non è necessaria alcuna comunicazione digitale

• Il sistema host gestisce già l'interfaccia utente e il normale spegnimento

• La tensione di base, la corrente e la protezione da cortocircuito sono sufficienti

• La temperatura viene monitorata dal caricabatterie o dal dispositivo host

• La dimensione del circuito è altamente limitata

• È importante che il consumo in standby sia molto basso

• La batteria non è destinata a fornire assistenza o dati diagnostici

• Le soglie di protezione possono rimanere fisse

• Il profilo di carico è prevedibile ed è stato convalidato

Le possibili applicazioni includono sensori compatti, tracker di base, semplici prodotti di illuminazione, piccoli dispositivi elettronici di consumo e altri dispositivi che necessitano di un'interruzione affidabile dei guasti senza funzioni intelligenti della batteria.

La parola 'semplice' si riferisce alle esigenze di gestione, non all'importanza della domanda. Un dispositivo di piccole dimensioni può comunque richiedere un monitoraggio sofisticato se sono importanti il ​​rilevamento dei guasti, informazioni accurate sul runtime o la tracciabilità.

Un BMS è solitamente preferito quando...

Un sistema di gestione più ampio può essere appropriato quando il dispositivo richiede funzioni oltre la protezione di interruzione di base.

I motivi comuni includono:

• Il pacchetto contiene più gruppi collegati in serie

• Le tensioni dei singoli gruppi devono essere monitorate

• È necessario il bilanciamento delle celle

• Il dispositivo visualizza una percentuale accurata della batteria

• Il tempo di esecuzione rimanente deve essere stimato

• Il dispositivo host necessita di dati sulla tensione, corrente o temperatura della batteria

• Il pacco deve segnalare i guasti

• È richiesto il conteggio dei cicli o lo stato di salute

• È necessaria l'autenticazione della batteria

• Il sistema di ricarica comunica con il pacco

• Le impostazioni di protezione devono essere configurabili

• L'applicazione utilizza una batteria intelligente sostituibile sul campo

• Il pacchetto supporta più modalità operative

• Il prodotto richiede la diagnostica del servizio o la registrazione degli eventi

• Il dispositivo ha un profilo di carico variabile o impegnativo

• Il sistema deve coordinare il comportamento della batteria con altri sottosistemi

Questi requisiti si riscontrano spesso nei terminali portatili, nell'elettronica medica, nella robotica, negli strumenti industriali, nelle apparecchiature di prova portatili, nei dispositivi di comunicazione e nei prodotti connessi.

Ogni batteria LiPo 1S necessita solo di un PCM?

NO.

Un pacco 1S ha un solo gruppo di tensione in serie, quindi non necessita di bilanciamento tra celle collegate in serie. Ciò riduce la complessità del circuito, ma non elimina la necessità di funzioni di gestione.

Una batteria a cella singola potrebbe comunque necessitare di un BMS o di un circuito batteria intelligente quando il dispositivo richiede:

• Reporting accurato sullo stato di carica

• Stima del tempo di esecuzione rimanente

• Misurazione della corrente

• Conteggio del ciclo

• Monitoraggio dello stato di salute

• Storia dei guasti

• Autenticazione della batteria

• Comunicazione digitale

• Protezione configurabile

• Misurazioni multiple della temperatura

Ad esempio, un dispositivo medico collegato e un semplice prodotto LED possono entrambi utilizzare una cella a sacchetto da 3,7 V. La tensione della batteria può essere la stessa, ma i requisiti di monitoraggio, diagnostica e affidabilità sono molto diversi.

Il solo conteggio delle serie non dovrebbe determinare l'architettura di protezione.

Ogni pacchetto multiserie necessita di un BMS?

Una batteria multiserie richiede una protezione che monitori ciascun gruppo di tensione collegato in serie. Il solo monitoraggio della tensione totale del pacco non è sufficiente.

Ad esempio, un pacco 2S con una tensione totale di 8,0 V potrebbe contenere:

• Due gruppi da 4,0 V ciascuno

• Un gruppo a 4,15 V e uno a 3,85 V

• Un gruppo a 4,25 V e uno a 3,75 V

La stessa tensione totale può nascondere un gruppo che ha superato il limite consentito.

Una scheda di protezione multicella relativamente semplice può fornire il rilevamento della tensione individuale senza offrire comunicazione, misurazione del carburante o diagnostica avanzata. Alcuni fornitori chiamano questo circuito PCM multicella, mentre altri lo chiamano BMS di base.

I requisiti essenziali sono che:

• Corrisponde al conteggio esatto delle serie

• Monitora ciascun gruppo di serie

• Utilizza soglie di tensione corrette

• Supporta la corrente richiesta

• Risponde correttamente allo squilibrio

• Fornisce il bilanciamento se il progetto lo richiede

• Corrisponde al caricabatterie e alla chimica della cella

• Presenta un comportamento adeguato in termini di temperatura e guasti

Le specifiche funzionali sono più importanti del fatto che il preventivo utilizzi PCM o BMS.

Esempi di dispositivi: PCM o BMS?

Questi sono punti di partenza, non prescrizioni finali. La valutazione del rischio del dispositivo, il profilo operativo, gli standard applicabili, l'architettura del caricabatterie e la struttura della confezione possono modificare la selezione.

Come scegliere tra PCM e BMS

1. Confermare la chimica della cella e i limiti di tensione

Documento:

• Chimica cellulare

• Voltaggio nominale

• Tensione di carica massima

• Limite di scarico consigliato

• Numero di gruppi di serie

• Numero di celle parallele per gruppo

• Limite della corrente di carica

• Capacità di scarica continua

• Capacità di scarica di picco

• Intervallo di temperatura consentito

Non selezionare una scheda di protezione solo dall'etichetta 'Batteria da 3,7 V'. Le celle con tensioni nominali simili possono utilizzare limiti massimi di carica diversi.

2. Definire il profilo di carico del dispositivo

Misurare o stimare:

• Corrente del sonno

• Corrente di riserva

• Corrente tipica

• Corrente continua massima

• Corrente di picco

• Durata del picco

• Corrente di avvio

• Corrente di stallo del motore

• Corrente impulsiva ripetitiva

• Corrente di guasto

• Corrente di carica

Brevi impulsi di carico possono influenzare la selezione della protezione anche quando la corrente media è bassa.

Un localizzatore wireless, ad esempio, può trascorrere la maggior parte del suo tempo in uno stato di basso consumo e quindi assorbire un breve impulso di corrente durante la trasmissione dei dati. Il PCM o il BMS devono consentire l'impulso valido senza un'eccessiva caduta di tensione o interruzioni fastidiose.

3. Decidi cosa deve sapere il dispositivo

Chiedi se il dispositivo host necessita solo di alimentazione o anche di informazioni sulla batteria.

I possibili requisiti relativi ai dati includono:

• Voltaggio del pacco

• Voltaggio del singolo gruppo

• Attuale

• Temperatura

• Stato di carica

• Capacità rimanente

• Autonomia rimanente

• Stato di salute

• Conteggio dei cicli

• Codice guasto

• Identità della batteria

• Dati di produzione

Se il dispositivo necessita solo di un avviso di batteria scarica, un ADC host potrebbe essere sufficiente. Se deve visualizzare una percentuale affidabile della batteria in condizioni di carichi e temperature variabili, potrebbe essere necessaria una funzione di indicatore del carburante.

4. Determinare se è necessaria la comunicazione

Un BMS intelligente può comunicare attraverso:

• I²C

• SMBus

• UART

• POTERE

• RS-485

• Un'interfaccia proprietaria a filo singolo

• Un altro protocollo specifico del prodotto

L'interfaccia deve essere concordata in anticipo poiché influisce sul connettore della batteria, sul numero di pin, sul software host, sul processo di test e sulla strategia di sostituzione.

Il solo nome del protocollo non è sufficiente. Il team del dispositivo e il fornitore della batteria dovrebbero inoltre definire:

• Campi dati

• Indirizzamento

• Tasso di aggiornamento

• Comportamento al risveglio

• Gestione degli errori

• Autorizzazioni di comando

• Proprietà del firmware

• Compatibilità tra revisioni

5. Definire la responsabilità del rilevamento della temperatura

Specificare:

• Numero di sensori di temperatura

• Tipo di sensore e resistenza

• Posizione del sensore

• Limiti della temperatura di ricarica

• Limiti della temperatura di scarico

• Temperature di recupero

• Quale controller legge ciascun sensore

• Quale controller può interrompere la ricarica

• Quale controller può interrompere la scarica

Un pacchetto compatto può utilizzare un NTC vicino al corpo cellulare. Un gruppo più grande o con corrente più elevata potrebbe richiedere sensori separati vicino alle celle e ai componenti di protezione.

6. Valutare il monitoraggio e il bilanciamento dei gruppi di serie

Per configurazioni multi-serie, determinare:

• Numero di gruppi monitorati

• Precisione della misurazione della tensione

• Soglie di sovraccarico e scarica eccessiva

• Ritardo di rilevamento

• Comportamento di recupero

• Differenza di tensione di gruppo consentita

• Bilanciamento della tensione di avvio

• Corrente di bilanciamento

• Condizioni di equilibrio

• Comportamento in caso di errore quando un filo di rilevamento è scollegato

Il bilanciamento deve essere selezionato in base alla consistenza delle celle, al conteggio delle serie, al metodo di ricarica, all'invecchiamento previsto e al profilo operativo.

7. Controllare il percorso corrente reale

Non scegliere una tavola solo in base alla sua corrente pubblicizzata.

La corrente utilizzabile dipende da:

• MOSFET su resistenza

• Numero e disposizione dei MOSFET

• Spessore rame PCB

• Resistenza al rilevamento della corrente

• Resistenza alla linguetta e alla saldatura

• Calibro e lunghezza del filo

• Resistenza del connettore

• Condizioni di raffreddamento

• Temperatura dell'involucro

• Durata del picco

• Tempi di protezione

Una scheda di protezione descritta come '10 A' potrebbe non essere in grado di trasportare 10 A in modo continuo all'interno di un dispositivo compatto sigillato senza un eccessivo aumento della temperatura.

La corrente nominale deve essere convalidata nell'imballaggio e nella custodia previsti.

8. Considera l'alimentazione in standby

Entrambi i circuiti PCM e BMS consumano energia.

Ciò diventa particolarmente importante in:

• Celle a bassa capacità

• Prodotti a lunga conservazione

• Dispositivi di localizzazione

• Sensori remoti

• Attrezzature di emergenza

• Prodotti con tempi di spedizione lunghi

• Dispositivi che trascorrono la maggior parte del tempo dormendo

Un sistema di gestione intelligente può offrire una modalità a basso consumo o di spedizione, ma il suo comportamento deve essere verificato. Le specifiche importanti includono:

• Corrente operativa normale

• Corrente del sonno

• Corrente di arresto

• Metodo di risveglio

• Comportamento in modalità di archiviazione

• Recupero dopo il sonno profondo

Un circuito avanzato che scarica la batteria durante la conservazione può essere meno adatto di un PCM più semplice, anche se fornisce più funzionalità.

9. Abbina il caricabatterie al pacchetto completo

Il caricabatterie deve fornire il profilo di carica, il limite di tensione e la regolazione della corrente corretti per la chimica e la configurazione della cella selezionate.

Il PCM o BMS è generalmente uno strato protettivo, non il normale regolatore di carica.

Alcune soluzioni integrate combinano funzioni di ricarica e gestione, ma ciò deve essere confermato dalla progettazione vera e propria. Un fornitore non dovrebbe dare per scontato che un ente controlli la tariffazione semplicemente perché è chiamato BMS.

Confermare:

• Voltaggio in uscita dal caricabatterie

• Intervallo di corrente di carica

• Metodo di terminazione della carica

• Controllo della temperatura

• Comportamento di precarica

• Soglia di ricarica

• Requisiti di comunicazione

• Comportamento dopo l'interruzione della protezione

• Compatibilità con il percorso di alimentazione dell'host

10. Definire il comportamento di errore e ripristino

La protezione non riguarda solo quando la batteria si scollega. Il team del dispositivo deve anche capire cosa succede dopo.

Definire:

• Se i percorsi di carica e scarica sono controllati separatamente

• Se è necessario un caricabatterie per il ripristino

• Se il carico deve essere rimosso

• Se il ripristino è automatico

• Se un errore permanente è bloccato

• Se l'host riceve un codice di errore

• Se i dati memorizzati vengono conservati

• Se l'utente può riavviare il dispositivo

• Se è necessario un intervento di assistenza

Un comportamento di ripristino imprevisto può creare guasti sul campo anche quando il circuito di protezione funziona correttamente.

Perché il solo nome protettivo non è sufficiente

Una citazione che indichi solo 'PCM incluso' o 'BMS incluso' è incompleta.

Come minimo, il fornitore dovrebbe identificare:

• Chimica supportata

• Conteggio delle serie

• Tensione di carica massima

• Rilevamento del sovraccarico e tensione di ripristino

• Rilevamento di scarica eccessiva e tensione di ripristino

• Soglia di sovracorrente di carica

• Soglia di sovracorrente di scarica

• Risposta al cortocircuito

• Capacità di corrente continua

• Capacità e durata della corrente di picco

• Funzioni di monitoraggio della temperatura

• Funzioni di bilanciamento cellulare

• Consumo corrente

• Interfaccia di comunicazione

• Funzione indicatore livello carburante

• Connettore e piedinatura

• Comportamento di recupero

• Dimensioni fisiche

Se è necessario un BMS intelligente, la documentazione potrebbe anche richiedere:

• Protocollo di comunicazione

• Registra la mappa

• File di configurazione

• Versione del firmware

• Algoritmo dello stato di carica

• Processo di calibrazione

• Metodo di autenticazione

• Comportamento di conservazione dei dati

• Procedura di aggiornamento e controllo della revisione

Il nome della tavola è solo l'inizio delle specifiche.

Errori comuni nella selezione di PCM e BMS

Informazioni da fornire a un produttore di batterie LiPo

Una richiesta completa consente al fornitore della batteria di consigliare un PCM o BMS basato sul dispositivo piuttosto che una scheda generica.

Requisiti della batteria

• Voltaggio nominale

• Tensione di carica massima

• Capacità richiesta

• Configurazione in serie e parallelo

• Chimica cellulare preferita

• Dimensioni massime della batteria

• Limite di peso

• Ciclo di vita previsto

• Temperatura operativa e di stoccaggio

• Obiettivo del tempo di ricarica

Requisiti di carico

• Corrente tipica

• Corrente continua massima

• Corrente di picco

• Durata del picco

• Corrente di avvio

• Corrente di stallo del motore o di spunto del riscaldatore

• Corrente del sonno

• Tempo di esecuzione richiesto

• Soglia di sottotensione del dispositivo

Requisiti di protezione

• Protezione da sovraccarico

• Protezione da scarica eccessiva

• Protezione da sovracorrente di carica

• Protezione da sovracorrente di scarica

• Protezione da cortocircuito

• Rilevamento della temperatura

• Fusibile secondario o strato di protezione

• Bilanciamento cellulare

• Comportamento di ripristino dagli errori richiesto

Requisiti della batteria intelligente

• Visualizzazione della percentuale della batteria

• Precisione dello stato di carica

• Stima dello stato di salute

• Conteggio dei cicli

• Calcolo del tempo di esecuzione rimanente

• Registrazione dei guasti

• Autenticazione della batteria

• Protocollo di comunicazione

• Requisiti firmware o di registro

Requisiti di connessione

• Produttore e serie del connettore

• Connettore di accoppiamento

• Conteggio dei pin

• Piedinatura

• Polarità

• Calibro del filo

• Lunghezza del filo

• Piombo NTC

• Piombo dell'equilibrio

• Fili di comunicazione

• Direzione di uscita del cavo

ZERNE Le soluzioni personalizzate di batterie ai polimeri di litio possono integrare la selezione delle celle, le funzioni PCM o BMS, il rilevamento della temperatura, i connettori, il cablaggio e la struttura del pacco in base ai requisiti elettrici e meccanici di un dispositivo OEM.

Come convalidare il sistema di protezione selezionato

Il PCM o BMS selezionato deve essere valutato prima a livello del pacco batteria e poi all'interno del dispositivo finale.

La verifica pertinente può includere:

• Compatibilità di ricarica

• Tensione di carica completa

• Rilevamento del sovraccarico

• Rilevamento di scarica eccessiva

• Funzionamento a corrente continua

• Risposta alla corrente di picco

• Comportamento all'avvio

• Risposta al cortocircuito

• Aumento della temperatura del MOSFET

• Aumento della temperatura del connettore

• Caduta di tensione

• Precisione del sensore di temperatura

• Comportamento alle basse e alle alte temperature

• Misura della tensione del gruppo in serie

• Bilanciamento cellulare

• Precisione dello stato di carica

• Stabilità della comunicazione

• Comportamento nel sonno e nel risveglio

• Modalità di spedizione attuale

• Registrazione dei guasti

• Recupero dopo l'interruzione della protezione

• Cicli carica-scarica ripetuti

• Conservazione a lungo termine

• Comportamento di spegnimento del dispositivo

I test dovrebbero utilizzare celle, interconnessioni, cavi, connettori, materiali della custodia, firmware e impostazioni del caricabatterie adatti alla produzione.

Una batteria che supera un test di corrente a banco aperto può comportarsi diversamente all'interno di un dispositivo sigillato. L'ambiente termico e il percorso completo della corrente possono influenzare la caduta di tensione, la temperatura del MOSFET, la condivisione della corrente e il comportamento di interruzione.

IL Il sistema di controllo qualità delle batterie ai polimeri di litio fornisce ulteriori informazioni sulla consistenza delle celle, sul monitoraggio del processo, sulla verifica elettrica e sul controllo della batteria finita.

Conclusione

Un PCM e un BMS possono entrambi proteggere una batteria LiPo, ma sono progettati per diversi livelli di responsabilità del sistema.

Un PCM solitamente fornisce protezione essenziale da tensione, corrente e cortocircuito in un circuito compatto e di bassa complessità. Potrebbe essere adatto quando il dispositivo ha un carico prevedibile, non richiede informazioni dettagliate sulla batteria e gestisce la ricarica e lo spegnimento normali tramite altre parti del sistema.

Un BMS diventa più rilevante quando la batteria deve monitorare più gruppi di serie, bilanciare le celle, stimare la capacità rimanente, registrare i guasti, autenticare il pacco o comunicare con il dispositivo host.

La scelta non dovrebbe basarsi solo sulla dimensione della confezione, sulla capacità o sul numero di serie. Un piccolo dispositivo a cella singola può richiedere una gestione intelligente, mentre un pacchetto più grande può necessitare solo di una protezione di base ben definita. Allo stesso modo, né l'etichetta PCM né quella BMS garantiscono funzioni specifiche di temperatura, bilanciamento, misurazione o comunicazione.

Le specifiche di protezione finali devono corrispondere alla chimica della cella, al profilo di carico, al caricabatterie, al percorso della corrente, alla temperatura operativa, alla destinazione di standby, al software del dispositivo e al comportamento in caso di guasto previsto. La conferma di questi requisiti prima della produzione del campione aiuta a prevenire spegnimenti fastidiosi, report imprecisi sulla batteria, riscaldamento eccessivo e riprogettazione del prodotto in fase avanzata.

Domande frequenti

Qual è la differenza principale tra un PCM e un BMS?

Un PCM fornisce principalmente protezione dai guasti elettrici, mentre un BMS può combinare la protezione con monitoraggio, bilanciamento, stima dello stato, diagnostica e comunicazione. Le funzioni esatte variano a seconda dei prodotti, quindi le specifiche sono più affidabili del nome.

Ogni batteria LiPo necessita di un PCM o BMS?

Una batteria ricaricabile ai polimeri di litio richiede un'adeguata strategia di protezione a livello di sistema. La protezione può essere integrata nel pacco batteria, nel dispositivo o in un altro circuito qualificato, a seconda dell'architettura del prodotto. La cella non deve essere utilizzata senza controlli validati di sovraccarico, scarica eccessiva, sovracorrente, cortocircuito, carica e termici adeguati all'applicazione.

Un PCM è uguale a un PCB di protezione?

I termini sono spesso usati in modo intercambiabile. Tecnicamente PCB si riferisce al circuito stampato stesso, mentre PCM si riferisce al modulo completo del circuito di protezione. Nelle quotazioni delle batterie commerciali, tuttavia, i fornitori possono utilizzare PCM, PCB e schede di protezione per assemblaggi simili.

Un PCM può bilanciare le celle?

Alcuni moduli di protezione multicella includono il bilanciamento, ma molti PCM di base no. Se è necessario il bilanciamento, la tensione di avvio, la corrente, la precisione e le condizioni operative devono essere specificate esplicitamente.

Un BMS può caricare una batteria LiPo?

Non necessariamente. Un BMS può monitorare o controllare se la ricarica è consentita, ma un caricabatterie separato solitamente regola il profilo di corrente e tensione richiesto. Alcuni circuiti integrati combinano funzioni di ricarica e di gestione della batteria, quindi l'architettura effettiva deve essere confermata.

Una batteria LiPo 1S necessita di un BMS?

Un pacchetto 1S di base potrebbe richiedere solo un PCM, ma un BMS potrebbe essere appropriato se il dispositivo richiede report accurati sullo stato di carica, misurazione della corrente, comunicazione, autenticazione, registrazione dei guasti o altre funzioni intelligenti.

Una batteria 2S necessita di un BMS 2S?

Necessita di un circuito di protezione e monitoraggio progettato per due gruppi di tensione collegati in serie. Il prodotto può essere chiamato BMS 2S o PCM 2S, ma deve monitorare entrambi i gruppi e soddisfare i requisiti di chimica, corrente, tensione di carica e bilanciamento.

Un BMS è sempre più sicuro di un PCM?

No. La sicurezza dipende dalla progettazione completa, dalle caratteristiche nominali dei componenti, dalle impostazioni di protezione, dalla qualità delle celle, dal caricabatterie, dal cablaggio, dal connettore, dalla costruzione meccanica e dalla convalida. Un PCM correttamente specificato può essere più appropriato di un BMS scarsamente abbinato.

Un NTC fornisce da solo la protezione della temperatura?

No. Un NTC è un componente sensibile alla temperatura. Il caricabatterie, il dispositivo host, il PCM o il BMS devono leggerlo e intraprendere l'azione richiesta quando la temperatura supera i limiti definiti.

Come dovrei scegliere la valutazione attuale di un PCM o BMS?

Utilizzare la corrente continua massima, la corrente di picco, la durata di picco, la corrente di avvio o di stallo, la corrente di carica e la temperatura operativa del dispositivo. Controlla anche le perdite del MOSFET, il layout della scheda, il cavo, il connettore, la caduta di tensione, le soglie di rilevamento e le prestazioni termiche.

Quale opzione consuma meno energia in standby?

Un PCM di base generalmente consuma meno energia di un BMS ricco di funzionalità, ma i valori effettivi variano in modo significativo. Confronta la corrente in modalità operativa, di sospensione, di spegnimento e di spedizione utilizzando le specifiche del circuito reale.

È possibile personalizzare il PCM o il BMS per un dispositivo OEM?

SÌ. Soglie di protezione, conteggio delle serie, capacità di corrente, sensori di temperatura, bilanciamento, comunicazione, misurazione del carburante, connettore, piedinatura, lunghezza del cavo, dimensioni fisiche e comportamento di recupero possono essere progettati in base ai requisiti del dispositivo.