LiPo バッテリーの PCM と BMS: デバイスにはどちらの保護システムが必要ですか?

リチウムポリマー電池には、適切な電圧と容量以上のものが必要です。また、その保護システムは、セルの化学的性質、シリーズ数、負荷電流、充電方法、動作温度、およびホストデバイスが必要とする情報と一致する必要があります。

バッテリーの仕様には、PCM (保護回路モジュール) と BMS (バッテリー管理システム) という 2 つの用語が頻繁に登場します。

PCM は通常、過充電、過放電、過電流、短絡遮断などの重要な障害保護に重点を置いています。 BMS は、セル グループのモニタリング、バランシング、充電状態の推定、データ ロギング、通信などの機能を追加しながら、同じ保護を提供できます。

この区別は便利ですが、絶対的なものではありません。洗練された単一セル パックには BMS が必要な場合がありますが、マルチセル アセンブリには比較的単純な保護ボードが使用される場合があります。サプライヤーは、PCM、PCB、保護基板、BMS を異なる方法で使用する場合もあります。

したがって、正しい選択は、回路の名前だけではなく、デバイスに必要な機能によって決まります。

このガイドでは、PCM と BMS の機能を比較し、それぞれのアプローチがいつ適切であるかを説明し、リチウム ポリマー バッテリーの保護を指定するための実践的なプロセスを提供します。

重要なポイント

• PCM は主に、定義された電気的障害が発生したときにバッテリーを切断するように設計されています。

• BMS は通常、保護と、より広範な監視、推定、バランシング、制御、または通信機能を組み合わせます。

• PCM と BMS は、世界的に標準化された製品カテゴリではありません。

• 回路の実際の仕様は、図面や見積書に印刷されている名前よりも重要です。

• デバイスが正確なバッテリーの割合、認証、診断、または通信を必要とする場合、単一セル パックでも BMS が必要になる場合があります。

• マルチシリーズ パックでは、その保護ボードが PCM と呼ばれる場合でも、個別のシリーズ グループの監視が必要です。

• セルバランスは、従来の 1S パックではなく、直列接続された電圧グループに関係します。

• PCM も BMS も自動的にバッテリー充電器として扱われるべきではありません。

• 過電流トリップ値は、安全な連続電流定格と同じではありません。

• 高電圧セルには、実際の化学的性質に合わせた保護および充電しきい値が必要です。

• 温度保護は、必要なセンサー、しきい値、および制御パスが含まれている場合にのみ存在します。

• サイズ、スタンバイ電流、コスト、電流能力、通信要件を合わせて評価する必要があります。

• 保護設計の製造が承認される前に、パックレベルおよびデバイスレベルのテストが必要です。

LiPo バッテリーパックの PCM とは何ですか?

PCM はの略です 保護回路モジュール。一般に、保護基板または保護回路基板とも呼ばれます。

一般的な PCM には、保護 IC、充電および放電 MOSFET、抵抗、コンデンサ、およびバッテリ電流を流すための導電パスが含まれています。設計によっては、電流検出素子、ヒューズ、NTC インターフェイス、またはその他のコンポーネントが含まれる場合もあります。

その主な目的は、セルまたはパックが特定の異常な電気状態に留まることを防ぐことです。

一般的な PCM 機能

基本的な PCM は以下を提供します。

• 過充電電圧保護

• 過放電電圧保護

• 放電過電流保護

• 充電過電流保護

• 短絡保護

• MOSFETの充放電制御

• 障害状態後の回復

追加の機能には次のものが含まれる場合があります。

• 温度検知

• 二次過電圧保護

• 温度ヒューズ

• パックの識別

• 障害検出の遅延

• 個別の充電および放電制御パス

すべての保護モジュールにこれらすべての機能が含まれているわけではありません。たとえば、バッテリには、PCM 自体ではなく充電器またはホスト デバイスによって読み取られる NTC ワイヤが付いている場合があります。

基本的な PCM では通常提供できないもの

従来の保護モジュールは通常、次のような高度な機能を提供しません。

• 正確な充電状態レポート

• 健康状態の推定

• 循環棚卸

• 残り実行時間の予測

• イベントまたは障害のログ記録

• セルバランス制御

• デジタル通信

• バッテリー認証

• 現場で設定可能なファームウェア

• 詳細な診断データ

これらの機能には、追加の測定回路、アルゴリズム、メモリ、または通信インターフェイスが必要です。

したがって、PCM は、使用可能なエネルギーがどれだけ残っているか、または前回のシャットダウンが発生した理由をデバイスに伝えることなく、バッテリーを保護できます。

BMSとは何ですか?

BMS はの略です バッテリー管理システム。これは、バッテリーの監視、保護、制御、およびデータ管理機能のより広範な組み合わせを指します。

BMS は、専用のバッテリー管理 IC、残量ゲージ IC、マイクロコントローラー、電流および温度センサー、平衡回路、MOSFET、メモリ、および通信コンポーネントを使用して実装できます。正確なアーキテクチャは、セルの数とデバイスの要件によって異なります。

これらの機能の広範な紹介については、ZERNE のガイドで説明されています。 バッテリー管理システムがバッテリー パックを監視および保護する方法.

一般的な BMS 機能

設計に応じて、BMS は以下を提供します。

• セルまたは直列グループの電圧監視

• パック電圧監視

• 充放電電流測定

• 温度監視

• 過充電および過放電保護

• 過電流および短絡保護

• パッシブまたはアクティブセルバランシング

• 充電状態の推定

• 健康状態の推定

• 残容量計算

• 循環棚卸

• 障害とイベントのログ記録

• バッテリー認証

• 充放電制御

• ホストデバイスまたは充電器との通信

• 構成可能な保護しきい値

• スリープ、スタンバイ、ウェイクアップの管理

BMS には、このリストのすべての関数が自動的に含まれるわけではありません。一部のシステムは保護とバランスを提供しますが、残量計は提供しません。正確な充電状態情報を提供するものもありますが、二次安全層として別のプロテクターに依存しています。

必要な機能はバッテリーの仕様に明示的に記載する必要があります。

PCM と BMS: 最も重要な違い

実際の違いは 範囲の 1 つです.

PCM は主に次のことを尋ねます。

バッテリーは規定の電気的障害状態に入ったので、充電または放電を切断する必要がありますか?

BMS は次のことを尋ねることもあります。

パック内で何が起こっているのか、エネルギーはどのくらい残っているのか、細胞はどのように老化しているのか、デバイスにはどのような情報やアクションが必要なのか?

これは、PCM が安全ではないとか、BMS が常に優れているという意味ではありません。適切に設計された PCM は、動作要件が単純なコンパクトな 1S 製品に完全に適している可能性があります。不必要に複雑な管理システムは、ユーザー エクスペリエンスを向上させることなく、コスト、回路面積、開発時間、スタンバイ消費、およびソフトウェア統合作業を追加する可能性があります。

目的は、電気、安全、診断、製品のすべての要件を適切な設計マージンで満たす最も単純なアーキテクチャを選択することです。

PCM と BMS の比較

この表は、普遍的な命名標準ではなく、業界の一般的な慣行を説明しています。 「BMS」というラベルの付いた製品は基本的なカットオフ保護のみを提供しますが、「PCM」というラベルの付いた高度なボードには温度監視またはバランスが含まれている場合があります。

機能仕様、回路定格、テスト要件を常に比較してください。

PCM および BMS 保護機能の仕組み

PCM および BMS 設計は、いくつかのコア保護機能を共有する場合があります。主な違いは、監視の程度と、収集した情報をどのように扱うかです。

過充電保護

過充電保護は、充電中にセルまたは直列グループが定義された電圧しきい値を超えているかどうかを監視します。

指定された遅延時間にわたってしきい値を超えると、保護回路が充電 MOSFET をオフにし、充電を中断することができます。

3 つの値を区別する必要があります。

• 通常の充電器終端電圧

• 保護検出電圧

• 保護回復電圧

過充電閾値は通常の充電目標として使用しないでください。これは、通常の充電調整が失敗した場合、または異常な状態が発生した場合に対応することを目的とした障害制限です。

たとえば、従来の 4.2 V セルと 4.35 V または 4.4 V 用に設計された高電圧セルでは、異なる充電パラメータと保護パラメータが必要です。を使用した製品 高電圧リチウム ポリマー バッテリーは、 汎用のリチウム バッテリー保護ボードではなく、選択したセルに一致するしきい値を使用する必要があります。

過放電保護

過放電保護は、監視されている電圧が定義された制限値を下回ると負荷を切断します。

この機能により、過放電状態での電池の残留を防ぐことができます。ただし、通常のデバイスのシャットダウンは、通常、保護回路が緊急遮断閾値に達する前に発生する必要があります。

PCM または BMS がパックを切断するまでデバイスが定期的に動作すると、バッテリーに次のような問題が発生する可能性があります。

• 突然のデバイスのシャットダウン

• 使用可能なサイクル寿命の減少

• 繰り返しの低電圧ストレス

• 負荷がかかると再起動が困難になる

• 不正確なバッテリー残量レポート

• セル電圧が非常に低い場合の回復の問題

したがって、ホストデバイスの低電圧戦略と保護しきい値を調整する必要があります。

過電流保護

過電流保護は、充電または放電電流が指定された期間にわたって定義された検出レベルを超えると応答します。

この設定は、次のような有効なロード イベントに対応する必要があります。

• プロセッサの起動

• 無線送信バースト

• モーターの始動

• モーターストール

• ポンプの作動

• ヒーター突入電流

• コンデンサの充電

• LEDまたはディスプレイの起動

• 一時的なピーク電力

しきい値が低すぎると、迷惑なシャットダウンが発生する可能性があります。しきい値が高すぎると、セル、MOSFET、相互接続、ワイヤ、またはコネクタを適切に保護できない可能性があります。

バッテリー容量と放電能力の関係については、ガイドで詳しく説明します。 LiPoバッテリーのC定格.

短絡保護

短絡保護は、低抵抗故障と一致する非常に高い電流または急速な電圧変化に応答します。

その動作は現在の値以外にも依存します。関連する設計パラメータには次のものがあります。

• 検出方法

• 検出閾値

• 応答遅延

• MOSFETのスイッチング時間

• 電流経路抵抗

• 故障ループのインダクタンス

• 回復方法

• コネクタの動作

• セルの故障電流能力

「短絡保護」と記載されたラベルは、考えられるすべての外部障害の下でパックが正しく動作することを証明するものではありません。完成したアセンブリには、定義された障害テストがまだ必要です。

温度保護

温度保護には、1 つ以上の NTC サーミスタ、IC 温度センサー、またはその他の感知素子が使用される場合があります。

センサーは次の方法で監視できます。

• 保護回路

• BMS

• 充電器

• ホストデバイス

• 複数のシステム

仕様では、どのシステムがセンサーを読み取り、どのシステムが充電または放電を停止できるかを特定する必要があります。

温度制限は次の場合に異なる場合があります。

• 充電

• 連続放電

• ピーク放電量

• ストレージ

• 低温動作

• 高温動作

NTC リード線を備えたバッテリーには、自動的に自動温度カットオフ機能がありません。 NTC は、別のコントローラーに情報を提供することしかできません。

セルバランシング

平衡化により、直列接続されたグループ間の電圧差が制限されます。

基本的なパッシブバランス回路は、充電中に高電圧グループから少量の電荷を除去します。より高度なシステムでは、電圧、充電状態、温度、または動作状態に応じてバランスを制御する場合があります。

従来の1Sパックでは電圧グループが1つしか存在しないため、シリーズグループ間のバランスを取る必要がありません。 1S2P パックも 1 つの電圧グループとして扱われますが、その並列セルは厳密に一致している必要があります。

バランス調整では修復できない場合:

• 損傷した細胞

• 重大な容量損失

• 高い自己放電

• 溶接不良

• 大きな抵抗の違い

• 間違ったパック構成

• 不適切な充電器

大幅な不均衡が繰り返し発生するパックには、より高いバランス電流だけを使用するのではなく、調査が必要です。

通常、PCM は次のような場合に適しています…

製品のバッテリー要件が比較的単純な場合には、PCM が適している可能性があります。

典型的な条件には次のようなものがあります。

• パックには 1 つの直列電圧グループがあります

• デバイスは正確なバッテリー残量レポートを必要としません

• デジタル通信は必要ありません

• ホスト システムはすでにユーザー インターフェイスと通常のシャットダウンを管理しています

• 基本的な電圧、電流、短絡保護は十分です

• 温度は充電器またはホストデバイスによって監視されます

• 回路サイズは非常に制限されています

• 待機時の消費電力が非常に低いことが重要です

• バッテリーはサービスや診断データを提供することを目的としたものではありません

• 保護しきい値は固定のままにすることができます

• 負荷プロファイルは予測可能であり、検証されています

考えられるアプリケーションには、コンパクトなセンサー、基本的なトラッカー、シンプルな照明製品、小型家庭用電化製品、およびスマート バッテリー機能なしで信頼性の高い障害遮断を必要とするその他のデバイスが含まれます。

「シンプル」という言葉は、アプリケーションの重要性を指すのではなく、管理要件を指します。障害検出、正確なランタイム情報、またはトレーサビリティが重要な場合は、小型デバイスでも高度な監視が必要になる場合があります。

通常、BMS が推奨されるのは次のような場合です。

デバイスが基本的な遮断保護を超える機能を必要とする場合は、より広範な管理システムが適切な場合があります。

一般的な理由は次のとおりです。

• パックには複数の直列接続グループが含まれています

• 個々のグループの電圧を監視する必要がある

• セルバランスが必要です

• デバイスには正確なバッテリーの割合が表示されます

• 残りの実行時間を見積もる必要がある

• ホストデバイスにはバッテリーの電圧、電流、または温度データが必要です

• パックは障害を報告する必要があります

• 周期数または健康状態は必須です

• バッテリー認証が必要です

• 充電システムはパックと通信します

• 保護設定は構成可能でなければなりません

• アプリケーションは現場交換可能なスマートバッテリーを使用します

• このパックは複数の動作モードをサポートしています

• 製品にはサービス診断またはイベント記録が必要です

• デバイスには可変または要求の厳しい負荷プロファイルがあります

• システムはバッテリーの動作を他のサブシステムと調整する必要があります

これらの要件は、ハンドヘルド端末、医療用電子機器、ロボット工学、産業機器、ポータブル試験装置、通信機器、および接続された製品によく見られます。

すべての 1S LiPo バッテリーには PCM のみが必要ですか?

いいえ。

1S パックには直列電圧グループが 1 つだけあるため、直列接続されたセル間のバランスを取る必要はありません。これにより回路の複雑さは軽減されますが、管理機能の必要性がなくなるわけではありません。

デバイスが次のことを必要とする場合、単セル バッテリーでも BMS またはスマート バッテリー回路が必要になる場合があります。

• 正確な充電状態レポート

• 残り実行時間の推定

• 電流測定

• 循環棚卸

• 健康状態の追跡

• 故障履歴

• バッテリー認証

• デジタル通信

• 構成可能な保護

• 複数の温度測定

たとえば、接続された医療機器と単純な LED 製品は両方とも 3.7 V パウチ セルを使用する場合があります。バッテリ電圧は同じかもしれませんが、監視、診断、および信頼性の要件は大きく異なります。

シリーズ数だけで保護アーキテクチャを決定することはできません。

すべてのマルチシリーズ パックには BMS が必要ですか?

多直列バッテリーには、直列接続された各電圧グループを監視する保護が必要です。合計パック電圧を監視するだけでは十分ではありません。

たとえば、合計電圧が 8.0 V の 2S パックには次のものが含まれます。

• 2 つのグループ (それぞれ 4.0 V)

• 1 つのグループは 4.15 V、もう 1 つのグループは 3.85 V

• 1 つのグループは 4.25 V、もう 1 つのグループは 3.75 V

同じ合計電圧により、許容限度を超えたグループを隠すことができます。

比較的単純なマルチセル保護ボードは、通信、残量測定、または高度な診断を提供せずに、個別の電圧検出を提供できます。一部のサプライヤーはこの回路をマルチセル PCM と呼んでいますが、他のサプライヤーはそれを基本 BMS と呼んでいます。

必須の要件は次のとおりです。

• シリーズ数と正確に一致します

• 各シリーズグループを監視

• 正しい電圧しきい値を使用します

• 必要な電流をサポート

• アンバランスに正しく対応

• 設計で必要な場合はバランス調整を提供します

• 充電器とセルの化学的性質を一致させる

• 適切な温度と障害動作を備えています

機能仕様は、見積書で PCM を使用するか BMS を使用するかよりも重要です。

デバイスの例: PCM または BMS?

これらは出発点であり、最終的な処方箋ではありません。デバイスのリスク評価、動作プロファイル、適用される規格、充電器のアーキテクチャ、およびパックの構造によって、選択が変わる可能性があります。

PCM と BMS のどちらかを選択する方法

1. セルの化学的性質と電圧制限を確認する

書類：

• 細胞化学

• 公称電圧

• 最大充電電圧

• 推奨排出限界

• シリーズグループの数

• グループごとの並列セルの数

• 充電電流制限

• 連続吐出能力

• ピーク放電能力

• 許容温度範囲

「3.7 V バッテリー」というラベルだけで保護基板を選択しないでください。公称電圧が同様のセルでも、異なる最大充電制限が使用される場合があります。

2. デバイス負荷プロファイルを定義する

測定または推定:

• スリープ電流

• 待機電流

• 標準電流

• 最大連続電流

• ピーク電流

• ピーク持続時間

• 起動電流

• モーターストール電流

• 繰り返しパルス電流

• 故障電流

• 充電電流

平均電流が低い場合でも、短い負荷パルスは保護の選択に影響を与える可能性があります。

たとえば、ワイヤレス トラッカーは、ほとんどの時間を低電力状態で過ごし、データ送信中に短い電流パルスを消費する場合があります。 PCM または BMS は、過度の電圧降下や迷惑なカットオフを発生させずに有効なパルスを許可する必要があります。

3. デバイスが何を知る必要があるかを決定する

ホストデバイスが電力のみを必要とするのか、それともバッテリー情報も必要とするのかを尋ねます。

考えられるデータ要件には次のものがあります。

• パック電圧

• 個別グループ電圧

• 現在

• 温度

• 充電状態

• 残容量

• 残りのランタイム

• 健康状態

• サイクル数

• 故障コード

• バッテリーのアイデンティティ

• 製造データ

デバイスがバッテリ低下の警告のみを必要とする場合は、ホスト ADC で十分な場合があります。負荷や温度が変化しても信頼性の高いバッテリー残量を表示する必要がある場合は、残量ゲージ機能が必要になる場合があります。

4. 通信が必要かどうかを判断する

スマート BMS は以下を通じて通信します。

• I²C

• SMバス

• UART

• できる

• RS-485

• 独自の単線インターフェース

• 別の製品固有のプロトコル

インターフェイスはバッテリー コネクタ、ピン数、ホスト ソフトウェア、テスト プロセス、交換戦略に影響するため、早めに合意する必要があります。

プロトコル名だけでは十分ではありません。デバイス チームとバッテリー サプライヤーは、以下も定義する必要があります。

• データフィールド

• アドレッシング

• 更新速度

• 覚醒時の行動

• エラー処理

• コマンド権限

• ファームウェアの所有権

• リビジョン間の互換性

5. 温度検知の責任を定義する

特定：

• 温度センサーの数

• センサーの種類と抵抗値

• センサーの位置

• 充電温度制限

• 放電温度制限

• 回復温度

• どのコントローラーが各センサーを読み取るか

• 充電を停止できるコントローラーはどれですか

• 放電を停止できるコントローラーはどれですか

コンパクトパックでは、セル本体の近くに 1 つの NTC を使用できます。より大きな、またはより高電流のアセンブリでは、セルおよび保護コンポーネントの近くに別個のセンサーが必要になる場合があります。

6. シリーズグループのモニタリングとバランシングを評価する

マルチシリーズ構成の場合は、以下を決定します。

• 監視グループ数

• 電圧測定精度

• 過充電および過放電のしきい値

• 検出遅延

• 回復動作

• 許容グループ電圧差

• バランス開始電圧

• 平衡電流

• バランス条件

• センスワイヤが切断された場合の障害動作

バランスは、セルの一貫性、シリーズ数、充電方法、予想される経年劣化、および動作プロファイルに従って選択する必要があります。

7. 実際の現在のパスを確認する

宣伝されている電流だけでボードを選択しないでください。

使用可能な電流は以下によって異なります。

• MOSFETのオン抵抗

• MOSFETの数と配置

• PCBの銅の厚さ

• 電流検出抵抗

• タブおよび耐溶接性

• ワイヤーゲージと長さ

• コネクタ抵抗

• 冷却条件

• 筐体温度

• ピーク持続時間

• 保護タイミング

「10 A」と記載されている保護基板は、密閉された小型デバイス内で過度の温度上昇なしに 10 A を連続的に流すことができない場合があります。

電流定格は、対象のパックおよびエンクロージャで検証する必要があります。

8. 待機電力を考慮する

PCM 回路と BMS 回路は両方ともエネルギーを消費します。

これは次の場合に特に重要になります。

• 低容量セル

• 長期保存品

• 追跡装置

• リモートセンサー

• 非常用設備

• 発送までの期間が長い商品

• ほとんどの時間を眠って過ごすデバイス

スマート管理システムは低電力モードまたは出荷モードを提供する場合がありますが、その動作を検証する必要があります。重要な仕様には次のものが含まれます。

• 通常動作電流

• スリープ電流

• シャットダウン電流

• ウェイクアップ方法

• ストレージモードの動作

• 深い睡眠後の回復

保管中にバッテリーを消耗する高度な回路は、たとえより多くの機能を備えていたとしても、より単純な PCM よりも適していない可能性があります。

9. 充電器を完全なパックに合わせる

充電器は、選択したセルの化学的性質と構成に応じて、正しい充電プロファイル、電圧制限、および電流調整を提供する必要があります。

PCM または BMS は通常、保護層であり、通常の充電レギュレータではありません。

統合ソリューションの中には充電機能と管理機能を組み合わせたものもありますが、これは実際の設計で確認する必要があります。サプライヤーは、ボードが BMS と呼ばれるだけで充電を制御すると想定すべきではありません。

確認する：

• 充電器出力電圧

• 充電電流範囲

• 充電終了方法

• 温度制御

• プリチャージ動作

• リチャージ閾値

• 通信要件

• 保護遮断後の動作

• ホスト電源パスとの互換性

10. 障害と回復の動作を定義する

保護はバッテリーが切断されたときだけではありません。デバイス チームは、その後何が起こるかも理解する必要があります。

定義する：

• 充電経路と放電経路を個別に制御するかどうか

• リカバリに充電器が必要かどうか

• 負荷を取り除く必要があるかどうか

• 回復が自動かどうか

• 永続的な障害がラッチされているかどうか

• ホストが障害コードを受信するかどうか

• 保存されたデータが保持されるかどうか

• ユーザーがデバイスを再起動できるかどうか

• サービス介入が必要かどうか

保護回路が正しく動作している場合でも、予期しない回復動作によりフィールド障害が発生する可能性があります。

保護名だけでは不十分な理由

「PCM を含む」または「BMS を含む」のみを記載した見積書は不完全です。

サプライヤーは少なくとも以下を特定する必要があります。

• サポートされている化学

• シリーズ数

• 最大充電電圧

• 過充電検出および回復電圧

• 過放電検出および復帰電圧

• 充電過電流閾値

• 放電過電流閾値

• 短絡応答

• 連続電流機能

• ピーク電流能力と持続時間

• 温度監視機能

• 細胞バランス機能

• 消費電流

• 通信インターフェース

• 燃料計機能

• コネクタとピン配列

• 回復動作

• 物理的寸法

スマート BMS が必要な場合、ドキュメントには次のものも必要になる場合があります。

• 通信プロトコル

• レジスタマップ

• 設定ファイル

• ファームウェアのバージョン

• 充電状態アルゴリズム

• 校正プロセス

• 認証方式

• データ保持動作

• 更新とリビジョン管理の手順

ボードの名前は仕様の始まりにすぎません。

PCM と BMS の選択におけるよくある間違い

LiPo バッテリーのメーカーに提供する情報

完全なリクエストにより、バッテリーサプライヤーは汎用ボードではなくデバイスに基づいた PCM または BMS を推奨することができます。

バッテリー要件

• 公称電圧

• 最大充電電圧

• 必要な容量

• 直列および並列構成

• 好ましい細胞化学的性質

• バッテリーの最大寸法

• 重量制限

• 予想されるサイクル寿命

• 動作温度および保管温度

• 目標充電時間

負荷要件

• 標準電流

• 最大連続電流

• ピーク電流

• ピーク持続時間

• 起動電流

• モーター停止またはヒーター突入電流

• スリープ電流

• 必要なランタイム

• デバイスの低電圧しきい値

保護要件

• 過充電保護

• 過放電保護

• 充電過電流保護

• 放電過電流保護

• 短絡保護

• 温度検知

• 二次ヒューズまたは保護層

• セルバランシング

• 必要な障害回復動作

スマートバッテリーの要件

• バッテリー残量表示

• 充電状態の精度

• 健康状態の推定

• サイクル数

• 残り実行時間の計算

• 障害ロギング

• バッテリー認証

• 通信プロトコル

• ファームウェアまたはレジスタの要件

接続要件

• コネクタのメーカーとシリーズ

• 相手側コネクタ

• ピン数

• ピン配列

• 極性

• ワイヤーゲージ

• ワイヤーの長さ

• NTCリード

• バランスリード

• 通信線

• ケーブル取出し方向

ゼルネさん カスタム リチウムポリマー バッテリー ソリューションで は、セルの選択、PCM または BMS 機能、温度検知、コネクタ、配線、および OEM デバイスの電気的および機械的要件に基づいたパック構造を統合できます。

選択した保護システムを検証する方法

選択した PCM または BMS は、最初にバッテリー パック レベルで評価し、次に最終デバイス内で評価する必要があります。

関連する検証には次のものが含まれる場合があります。

• 充電の互換性

• 満充電電圧

• 過充電検出

• 過放電検出

• 連続電流動作

• ピーク電流応答

• 起動時の動作

• 短絡応答

• MOSFETの温度上昇

• コネクタの温度上昇

• 電圧降下

• 温度センサーの精度

• 低温および高温での挙動

• 直列群電圧測定

• セルバランシング

• 充電状態の精度

• 通信の安定性

• 睡眠と覚醒の行動

• 出荷モード電流

• 障害ロギング

• 保護遮断後の復帰

• 充放電サイクルを繰り返す

• 長期保管

• デバイスのシャットダウン動作

テストでは、実稼働向けのセル、相互接続、ワイヤ、コネクタ、エンクロージャの材料、ファームウェア、および充電器の設定を使用する必要があります。

オープンベンチ電流テストに合格したバッテリーは、密閉されたデバイス内では異なる動作をする可能性があります。熱環境と完全な電流経路は、電圧降下、MOSFET の温度、電流共有、およびカットオフ動作に影響を与える可能性があります。

の リチウムポリマー電池品質管理システムは、 セルの一貫性、プロセス監視、電気的検証、完成した電池の管理に関する詳細情報を提供します。

結論

PCM と BMS はどちらも LiPo バッテリーを保護できますが、異なるレベルのシステム責任に合わせて設計されています。

PCM は通常、コンパクトで複雑度の低い回路で、重要な電圧、電流、および短絡保護を提供します。デバイスの負荷が予測可能で、詳細なバッテリー情報が必要なく、システムの他の部分を通じて通常の充電とシャットダウンを処理する場合に適している可能性があります。

BMS は、バッテリーが複数のシリーズ グループを監視し、セルのバランスをとり、残存容量を推定し、障害を記録し、パックを認証し、またはホスト デバイスと通信する必要がある場合に、より重要になります。

パックのサイズ、容量、シリーズ数のみに基づいて選択しないでください。小型の単一セル デバイスにはスマートな管理が必要ですが、大型のパックには明確に定義された基本的な保護のみが必要な場合があります。同様に、PCM ラベルも BMS ラベルも、特定の温度、バランス、計測、または通信機能を保証するものではありません。

最終的な保護仕様は、セルの化学的性質、負荷プロファイル、充電器、電流経路、動作温度、スタンバイターゲット、デバイスソフトウェア、および予想される障害動作と一致する必要があります。サンプル生産前にこれらの要件を確認することは、迷惑なシャットダウン、不正確なバッテリー報告、過度の加熱、最終段階の製品の再設計を防ぐのに役立ちます。

よくある質問

PCM と BMS の主な違いは何ですか?

PCM は主に電気的障害保護を提供しますが、BMS は保護と監視、平衡化、状態推定、診断、および通信を組み合わせることができます。正確な機能は製品によって異なるため、名前よりも仕様の方が信頼できます。

すべての LiPo バッテリーには PCM または BMS が必要ですか?

充電式リチウム ポリマー バッテリーには、適切なシステム レベルの保護戦略が必要です。製品アーキテクチャに応じて、保護機能はバッテリー パック、デバイス、またはその他の認定回路に統合される場合があります。セルは、用途に適した検証済みの過充電、過放電、過電流、短絡、充電、および熱制御を行わずに使用しないでください。

PCM は保護 PCB と同じですか?

これらの用語は、多くの場合同じ意味で使用されます。 PCB は技術的にはプリント回路基板自体を指しますが、PCM は完全な保護回路モジュールを指します。ただし、商用バッテリーの見積もりでは、サプライヤーは同様のアセンブリに PCM、PCB、および保護基板を使用する場合があります。

PCM はセルのバランスをとることができますか?

一部のマルチセル保護モジュールにはバランシングが含まれていますが、多くの基本的な PCM には含まれていません。バランスが必要な場合は、その開始電圧、電流、精度、および動作条件を明示的に指定する必要があります。

BMS は LiPo バッテリーを充電できますか?

必ずしもそうとは限りません。 BMS は充電が許可されているかどうかを監視または制御できますが、通常は別の充電器が必要な電流と電圧プロファイルを調整します。一部の集積回路は充電機能とバッテリー管理機能を組み合わせているため、実際のアーキテクチャを確認する必要があります。

1S LiPo バッテリーには BMS が必要ですか?

基本的な 1S パックには PCM のみが必要ですが、デバイスが正確な充電状態レポート、電流測定、通信、認証、障害ログ、またはその他のスマート機能を必要とする場合には、BMS が適切な場合があります。

2S バッテリーには 2S BMS が必要ですか?

2 つの直列接続された電圧グループ用に設計された保護および監視回路が必要です。この製品は 2S BMS または 2S PCM と呼ばれることもありますが、両方のグループを監視し、化学的性質、電流、充電電圧、およびバランス要件を一致させる必要があります。

BMS は常に PCM より安全ですか?

いいえ、安全性は完全な設計、コンポーネントの定格、保護設定、セルの品質、充電器、配線、コネクタ、機械構造、および検証によって決まります。正しく指定された PCM は、一致が不十分な BMS よりも適切な場合があります。

NTC はそれ自体で温度保護を提供しますか?

いいえ、NTC は温度を感知するコンポーネントです。温度が定義された制限を超えた場合、充電器、ホストデバイス、PCM、または BMS はそれを読み取り、必要なアクションを実行する必要があります。

PCM または BMS の現在の定格はどのように選択すればよいですか?

デバイスの最大連続電流、ピーク電流、ピーク持続時間、起動電流または停止電流、充電電流、および動作温度を使用します。また、MOSFET の損失、基板レイアウト、ワイヤ、コネクタ、電圧降下、検出しきい値、熱性能もチェックしてください。

どのオプションが待機電力消費量を少なくしますか?

一般に、基本的な PCM は機能が豊富な BMS より消費電力が低くなりますが、実際の値は大きく異なります。実際の回路仕様を使用して、動作、スリープ、シャットダウン、出荷モードの電流を比較します。

PCM または BMS を OEM デバイス用にカスタマイズできますか?

はい。保護しきい値、シリーズ数、電流能力、温度センサー、バランシング、通信、残量測定、コネクタ、ピン配置、ワイヤ長、物理的寸法、および回復動作は、デバイス要件に基づいて設計できます。