PCM versus BMS voor LiPo-batterijen: welk beveiligingssysteem heeft uw apparaat nodig?

Een li-polymeerbatterij heeft meer nodig dan een geschikte spanning en capaciteit. Het beveiligingssysteem moet ook overeenkomen met de celchemie, het aantal series, de laadstroom, de oplaadmethode, de bedrijfstemperatuur en de informatie die het hostapparaat nodig heeft.

Twee termen komen vaak voor in batterijspecificaties: PCM, of Protection Circuit Module, en BMS, of Battery Management System.

Een PCM richt zich meestal op essentiële foutbeveiliging, zoals overbelasting, overontlading, overstroom en kortsluiting. Een BMS kan dezelfde bescherming bieden en tegelijkertijd functies toevoegen zoals monitoring van celgroepen, balancering, schatting van de laadstatus, datalogging en communicatie.

Dat onderscheid is nuttig, maar niet absoluut. Een geavanceerd eencellig pakket heeft mogelijk een BMS nodig, terwijl een meercellig samenstel gebruik kan maken van een relatief eenvoudige beschermingsplaat. Leveranciers kunnen PCM, PCB, beveiligingsplaat en BMS ook op een andere manier gebruiken.

De juiste keuze hangt dus af van de functies die je apparaat nodig heeft – en niet alleen van hoe de schakeling heet.

Deze gids vergelijkt PCM- en BMS-functies, legt uit wanneer elke aanpak geschikt kan zijn, en biedt een praktisch proces voor het specificeren van de bescherming voor een lithium-polymeerbatterij.

Belangrijkste afhaalrestaurants

• Een PCM is in de eerste plaats ontworpen om de accu los te koppelen tijdens gedefinieerde elektrische fouten.

• Een GBS combineert doorgaans bescherming met bredere monitoring-, schattings-, balancerings-, controle- of communicatiefuncties.

• PCM en BMS zijn geen universeel gestandaardiseerde productcategorieën.

• De daadwerkelijke specificatie van het circuit is belangrijker dan de naam die op een tekening of offerte staat afgedrukt.

• Een eencellig pakket heeft mogelijk nog steeds een BMS nodig als het apparaat een nauwkeurig batterijpercentage, authenticatie, diagnostiek of communicatie vereist.

• Een pakket met meerdere series vereist monitoring van individuele seriegroepen, zelfs als de beveiligingskaart een PCM wordt genoemd.

• Celbalancering is relevant voor in serie geschakelde spanningsgroepen, niet voor een conventioneel 1S-pakket.

• Noch een PCM, noch een BMS mogen automatisch als batterijlader worden behandeld.

• Overstroom-uitschakelwaarden zijn niet hetzelfde als veilige continue stroomwaarden.

• Hoogspanningscellen hebben beschermings- en oplaaddrempels nodig die zijn afgestemd op hun werkelijke chemie.

• Temperatuurbeveiliging is alleen aanwezig als de benodigde sensor, drempelwaarden en regelpad aanwezig zijn.

• Grootte, stand-bystroom, kosten, huidige capaciteit en communicatievereisten moeten samen worden geëvalueerd.

• Testen op pakket- en apparaatniveau zijn vereist voordat het beschermingsontwerp wordt goedgekeurd voor productie.

Wat is een PCM in een LiPo-batterijpakket?

PCM staat voor Protection Circuit Module . Het wordt ook vaak omschreven als een beveiligingsbord of een beveiligingsprintplaat.

Een typische PCM bevat een beschermings-IC, laad- en ontlaad-MOSFET's, weerstanden, condensatoren en geleidende paden voor het transporteren van batterijstroom. Afhankelijk van het ontwerp kan het ook een stroomsensorelement, zekering, NTC-interface of andere componenten bevatten.

Het belangrijkste doel ervan is om te voorkomen dat de cel of het pakket in gespecificeerde abnormale elektrische omstandigheden blijft.

Algemene PCM-functies

Een eenvoudige PCM kan het volgende bieden:

• Bescherming tegen overbelasting

• Bescherming tegen overontladingsspanning

• Ontlading overstroombeveiliging

• Laad overstroombeveiliging

• Kortsluitbeveiliging

• MOSFET-besturing laden en ontladen

• Herstel na een storingstoestand

Bijkomende functies kunnen zijn:

• Temperatuurwaarneming

• Secundaire overspanningsbeveiliging

• Een thermische zekering

• Identificatie van de verpakking

• Vertraagde foutdetectie

• Afzonderlijke laad- en ontlaadcontrolepaden

Niet elke beveiligingsmodule omvat al deze functies. Een batterij kan bijvoorbeeld een NTC-draad hebben die wordt gelezen door de oplader of het hostapparaat in plaats van door de PCM zelf.

Wat een basis-PCM gewoonlijk niet biedt

Een conventionele beveiligingsmodule biedt normaal gesproken geen geavanceerde functies zoals:

• Nauwkeurige statusrapportage

• Schatting van de gezondheidstoestand

• Cyclus tellen

• Voorspelling van de resterende looptijd

• Gebeurtenis- of foutregistratie

• Controle van celbalancering

• Digitale communicatie

• Batterij-authenticatie

• Ter plaatse configureerbare firmware

• Gedetailleerde diagnostische gegevens

Deze functies vereisen extra meetcircuits, algoritmen, geheugen of communicatie-interfaces.

Een PCM kan daarom een ​​batterij beschermen zonder het apparaat te vertellen hoeveel bruikbare energie er nog over is of waarom er eerder een uitschakeling heeft plaatsgevonden.

Wat is een GBS?

BMS staat voor Batterij Management Systeem . Het verwijst naar een bredere combinatie van functies voor batterijbewaking, bescherming, controle en gegevensbeheer.

Een BMS kan worden geïmplementeerd met behulp van een speciaal IC voor batterijbeheer, een IC voor brandstofmeter, een microcontroller, stroom- en temperatuursensoren, balanceringscircuits, MOSFET's, geheugen en communicatiecomponenten. De exacte architectuur is afhankelijk van het aantal cellen en de apparaatvereisten.

Voor een bredere introductie tot deze functies legt de ZERNE-gids dit uit hoe een batterijbeheersysteem een ​​batterijpakket bewaakt en beschermt.

Algemene GBS-functies

Afhankelijk van het ontwerp kan een BMS het volgende bieden:

• Cel- of seriegroepspanningsbewaking

• Bewaking van de pakketspanning

• Laad- en ontlaadstroommeting

• Temperatuurbewaking

• Bescherming tegen overbelasting en overontlading

• Beveiliging tegen overstroom en kortsluiting

• Passieve of actieve celbalancering

• Schatting van de laadstatus

• Schatting van de gezondheidstoestand

• Berekening van de resterende capaciteit

• Cyclus tellen

• Storing- en gebeurtenisregistratie

• Batterij-authenticatie

• Laad- en ontlaadcontrole

• Communicatie met het hostapparaat of de oplader

• Configureerbare beveiligingsdrempels

• Beheer van slaap, stand-by en ontwaken

Een GBS omvat niet automatisch alle functies uit deze lijst. Sommige systemen bieden bescherming en balancering, maar geen brandstofmeter. Anderen bieden nauwkeurige informatie over de laadstatus, maar vertrouwen op een afzonderlijke beschermer als secundaire veiligheidslaag.

De benodigde functies moeten expliciet in de batterijspecificatie worden vermeld.

PCM versus BMS: het belangrijkste verschil

Het praktische verschil betreft de reikwijdte.

Een PCM vraagt ​​vooral:

Is er sprake van een gedefinieerde elektrische storing in de accu en moet het opladen of ontladen worden onderbroken?

Een GBS kan ook vragen:

Wat gebeurt er in de roedel, hoeveel energie blijft er over, hoe verouderen de cellen en welke informatie of actie heeft het apparaat nodig?

Dit betekent niet dat een PCM onveilig is of dat een GBS altijd superieur is. Een goed ontworpen PCM kan volkomen geschikt zijn voor een compact 1S-product met eenvoudige bedieningsvereisten. Een onnodig complex beheersysteem kan de kosten, het circuitoppervlak, de ontwikkeltijd, het standby-verbruik en het software-integratiewerk vergroten zonder de gebruikerservaring te verbeteren.

Het doel is om de eenvoudigste architectuur te selecteren die voldoet aan alle elektrische, veiligheids-, diagnose- en productvereisten met een geschikte ontwerpmarge.

PCM versus BMS-vergelijking

Deze tabel beschrijft de gangbare praktijk in de sector in plaats van een universele naamgevingsstandaard. Een product met het label 'BMS' biedt mogelijk alleen basisbeveiliging, terwijl een geavanceerd bord met het label 'PCM' mogelijk temperatuurbewaking of -balancering omvat.

Vergelijk altijd de functionele specificaties, circuitclassificatie en testvereisten.

Hoe PCM- en BMS-beveiligingsfuncties werken

PCM- en BMS-ontwerpen kunnen verschillende kernbeveiligingsfuncties delen. Het belangrijkste verschil is hoeveel ze monitoren en wat ze met de verzamelde informatie doen.

Bescherming tegen overbelasting

Overlaadbeveiliging controleert of een cel- of seriegroep tijdens het opladen een gedefinieerde spanningsdrempel overschrijdt.

Als de drempelwaarde gedurende de opgegeven vertragingstijd wordt overschreden, kan het beveiligingscircuit de laad-MOSFET uitschakelen en het opladen onderbreken.

Er moeten drie waarden worden onderscheiden:

• Normale eindspanning van de lader

• Bescherming detectiespanning

• Beveiliging herstelspanning

De overbelastingsdrempel mag niet worden gebruikt als het normale oplaaddoel. Het is een foutlimiet die bedoeld is om te reageren wanneer de normale laadregeling is mislukt of er zich een abnormale situatie heeft voorgedaan.

Een conventionele 4,2 V-cel en een hoogspanningscel ontworpen voor 4,35 V of 4,4 V vereisen bijvoorbeeld verschillende oplaad- en beveiligingsparameters. Een product dat gebruikt Hoogspannings-lithium-polymeerbatterijen moeten drempels gebruiken die zijn afgestemd op de geselecteerde cel in plaats van een generieke beschermingskaart voor lithiumbatterijen.

Bescherming tegen overontlading

Beveiliging tegen overontlading ontkoppelt de belasting wanneer de bewaakte spanning onder een gedefinieerde limiet daalt.

Deze functie helpt voorkomen dat de cel onder overmatige ontlading blijft. Normaal gesproken moet het apparaat echter worden uitgeschakeld voordat het beveiligingscircuit de nooduitschakeldrempel bereikt.

Als het apparaat routinematig werkt totdat de PCM of het BMS de accu loskoppelt, kan de batterij last krijgen van:

• Abrupte uitschakeling van het apparaat

• Verminderde bruikbare levensduur

• Herhaalde laagspanningsstress

• Moeilijk herstarten onder belasting

• Onnauwkeurige rapportage van batterijpercentages

• Herstelproblemen wanneer de celspanning erg laag is

De onderspanningsstrategie van het hostapparaat en de beveiligingsdrempel moeten daarom op elkaar worden afgestemd.

Overstroombeveiliging

Overstroombeveiliging reageert wanneer de laad- of ontlaadstroom gedurende een bepaalde periode een gedefinieerd detectieniveau overschrijdt.

De instelling moet geschikt zijn voor geldige belastingsgebeurtenissen, zoals:

• Processor opstarten

• Radiotransmissie barst

• Motor starten

• Motorstalling

• Pomp activering

• Verwarmingsinschakelstroom

• Condensator opladen

• LED of display opstarten

• Tijdelijk piekvermogen

Een te lage drempel kan hinderlijke uitval veroorzaken. Een te hoge drempel kan de cel, MOSFET's, verbindingen, bedrading of connector mogelijk niet voldoende beschermen.

De relatie tussen batterijcapaciteit en ontladingscapaciteit wordt verder besproken in de handleiding LiPo-batterij C-classificatie.

Kortsluitbeveiliging

Kortsluitbeveiliging reageert op een zeer hoge stroomsterkte of een snelle spanningsverandering die overeenkomt met een fout met lage weerstand.

De werking ervan is afhankelijk van meer dan de huidige waarde. Relevante ontwerpparameters zijn onder meer:

• Detectiemethode

• Detectiedrempel

• Reactievertraging

• MOSFET-schakeltijd

• Stroompadweerstand

• Foutlusinductie

• Herstelmethode

• Connectorgedrag

• Mogelijkheid tot celfoutstroom

Een label waarop 'kortsluitbeveiliging' staat, bewijst niet dat het pakket zich correct zal gedragen bij elke mogelijke externe fout. De voltooide montage moet nog steeds een gedefinieerde fouttest ondergaan.

Temperatuurbescherming

Temperatuurbeveiliging kan gebruik maken van een of meer NTC-thermistors, IC-temperatuursensoren of andere sensorelementen.

De sensor kan worden bewaakt door:

• Het beveiligingscircuit

• Het BMS

• De oplader

• Het hostapparaat

• Meer dan één systeem

De specificatie moet identificeren welk systeem de sensor leest en welk systeem kan stoppen met laden of ontladen.

Temperatuurlimieten kunnen verschillen voor:

• Opladen

• Continue ontlading

• Piekafvoer

• Opslag

• Werking bij lage temperaturen

• Werking bij hoge temperaturen

Een accu met een NTC-kabel heeft niet automatisch een autonome temperatuuruitschakeling. De NTC mag alleen informatie verstrekken aan een andere verwerkingsverantwoordelijke.

Celbalancering

Balancering beperkt spanningsverschillen tussen in serie geschakelde groepen.

Een basis passief balanceringscircuit verwijdert tijdens het opladen een kleine hoeveelheid lading uit een groep met een hogere spanning. Meer geavanceerde systemen kunnen de balancering regelen op basis van spanning, laadtoestand, temperatuur of bedrijfstoestand.

Er is geen balancering nodig tussen seriegroepen in een conventioneel 1S-pakket, omdat er slechts één spanningsgroep bestaat. Een 1S2P-pakket wordt ook behandeld als één spanningsgroep, hoewel de parallelle cellen nog steeds nauw op elkaar moeten zijn afgestemd.

Balanceren kan niet repareren:

• Een beschadigde cel

• Ernstig capaciteitsverlies

• Hoge zelfontlading

• Slecht laswerk

• Grote weerstandsverschillen

• Een onjuiste pakketconfiguratie

• Een ongeschikte oplader

Een pakket dat herhaaldelijk een substantiële onbalans ontwikkelt, vereist onderzoek in plaats van alleen een hogere balanceringsstroom.

Een PCM is meestal geschikt wanneer…

Een PCM kan geschikt zijn als het product relatief eenvoudige batterijvereisten heeft.

Typische omstandigheden zijn onder meer:

• Het pakket heeft één seriespanningsgroep

• Het apparaat vereist geen nauwkeurige rapportage van het batterijpercentage

• Er is geen digitale communicatie nodig

• Het hostsysteem beheert al de gebruikersinterface en de normale uitschakeling

• Basisspanning-, stroom- en kortsluitbeveiliging zijn voldoende

• De temperatuur wordt bewaakt door de oplader of het hostapparaat

• De circuitgrootte is zeer beperkt

• Een zeer laag standby-verbruik is belangrijk

• De batterij is niet bedoeld om service- of diagnostische gegevens te leveren

• Beveiligingsdrempels kunnen vast blijven

• Het belastingsprofiel is voorspelbaar en gevalideerd

Mogelijke toepassingen zijn onder meer compacte sensoren, basistrackers, eenvoudige verlichtingsproducten, kleine consumentenelektronica en andere apparaten die een betrouwbare foutuitschakeling nodig hebben zonder slimme batterijfuncties.

Het woord 'eenvoudig' verwijst naar de beheervereisten, niet naar het belang van de applicatie. Een klein apparaat kan nog steeds geavanceerde monitoring vereisen als foutdetectie, nauwkeurige runtime-informatie of traceerbaarheid belangrijk zijn.

Een GBS heeft meestal de voorkeur als…

Een breder beheersysteem kan geschikt zijn wanneer het apparaat functies vereist die verder gaan dan de basisbeveiliging.

Veel voorkomende redenen zijn:

• Het pakket bevat meerdere in serie geschakelde groepen

• Individuele groepsspanningen moeten worden bewaakt

• Celbalancering is vereist

• Het apparaat geeft een nauwkeurig batterijpercentage weer

• De resterende looptijd moet worden geschat

• Het hostapparaat heeft gegevens over de batterijspanning, stroom of temperatuur nodig

• Het pack moet fouten melden

• Cyclustelling of gezondheidstoestand is vereist

• Batterijverificatie is nodig

• Het laadsysteem communiceert met de rugzak

• Beveiligingsinstellingen moeten configureerbaar zijn

• De applicatie maakt gebruik van een in het veld vervangbare slimme batterij

• Het pakket ondersteunt meerdere bedrijfsmodi

• Het product vereist servicediagnostiek of gebeurtenisrecords

• Het apparaat heeft een variabel of veeleisend belastingsprofiel

• Het systeem moet het batterijgedrag coördineren met andere subsystemen

Deze vereisten komen vaak voor in draagbare terminals, medische elektronica, robotica, industriële instrumenten, draagbare testapparatuur, communicatieapparatuur en aangesloten producten.

Heeft elke 1S LiPo-batterij alleen een PCM nodig?

Nee.

Een 1S-pakket heeft slechts één seriespanningsgroep, dus er is geen balancering nodig tussen in serie geschakelde cellen. Dit vermindert de complexiteit van de circuits, maar elimineert niet de noodzaak voor beheerfuncties.

Een eencellige batterij heeft mogelijk nog steeds een BMS of een slim batterijcircuit nodig wanneer het apparaat het volgende vereist:

• Nauwkeurige statusrapportage

• Schatting van de resterende looptijd

• Huidige meting

• Cyclus tellen

• Het volgen van de gezondheidstoestand

• Foutgeschiedenis

• Batterij-authenticatie

• Digitale communicatie

• Configureerbare bescherming

• Meerdere temperatuurmetingen

Een aangesloten medisch apparaat en een eenvoudig LED-product kunnen bijvoorbeeld beide een zakcel van 3,7 V gebruiken. Hun batterijspanning mag dan hetzelfde zijn, maar hun monitoring-, diagnose- en betrouwbaarheidsvereisten zijn heel verschillend.

Het aantal series alleen mag niet bepalend zijn voor de beveiligingsarchitectuur.

Heeft elk Multi-Series Pack een BMS nodig?

Een batterij met meerdere series vereist een beveiliging die elke in serie geschakelde spanningsgroep bewaakt. Alleen het monitoren van de totale pakketspanning is niet voldoende.

Een 2S-pakket met een totale spanning van 8,0 V kan bijvoorbeeld het volgende bevatten:

• Twee groepen van elk 4,0 V

• Eén groep op 4,15 V en één op 3,85 V

• Eén groep op 4,25 V en één op 3,75 V

Dezelfde totale spanning kan een groep verbergen die de toegestane limiet heeft overschreden.

Een relatief eenvoudige meercellige beveiligingskaart kan individuele spanningsdetectie bieden zonder communicatie, brandstofmeting of geavanceerde diagnostiek. Sommige leveranciers noemen dit circuit een meercellige PCM, terwijl anderen het een basis-BMS noemen.

De essentiële vereisten zijn dat het:

• Komt overeen met het exacte aantal series

• Bewaakt elke seriegroep

• Gebruikt de juiste spanningsdrempels

• Ondersteunt de benodigde stroom

• Reageert correct op onbalans

• Zorgt voor balancering als het ontwerp dit vereist

• Komt overeen met de lader en celchemie

• Heeft geschikt temperatuur- en foutgedrag

De functionele specificatie is belangrijker dan of de offerte gebruik maakt van PCM of BMS.

Apparaatvoorbeelden: PCM of BMS?

Dit zijn uitgangspunten, geen definitieve voorschriften. De risicobeoordeling van het apparaat, het bedrijfsprofiel, de toepasselijke normen, de architectuur van de oplader en de constructie van het pakket kunnen de selectie veranderen.

Hoe u kunt kiezen tussen een PCM en een GBS

1. Bevestig de celchemie- en spanningslimieten

Document:

• Celchemie

• Nominale spanning

• Maximale laadspanning

• Aanbevolen lozingslimiet

• Aantal seriegroepen

• Aantal parallelle cellen per groep

• Laadstroomlimiet

• Continu ontladingsvermogen

• Piekontladingscapaciteit

• Toegestaan ​​temperatuurbereik

Selecteer niet alleen een beveiligingsbord met het label '3,7 V-batterij'. Cellen met vergelijkbare nominale spanningen kunnen verschillende maximale oplaadlimieten gebruiken.

2. Definieer het apparaatbelastingsprofiel

Meten of schatten:

• Slaapstroom

• Stand-by stroom

• Typische stroom

• Maximale continue stroom

• Piekstroom

• Piekduur

• Opstartstroom

• Motor-blokkeerstroom

• Herhalende pulsstroom

• Foutstroom

• Laadstroom

Korte belastingspulsen kunnen de beveiligingsselectie beïnvloeden, zelfs als de gemiddelde stroom laag is.

Een draadloze tracker kan bijvoorbeeld het grootste deel van zijn tijd in een laag energieverbruik doorbrengen en tijdens de gegevensoverdracht een korte stroompuls afnemen. De PCM of het BMS moeten de geldige puls toestaan ​​zonder overmatige spanningsval of hinderlijke uitschakeling.

3. Bepaal wat het apparaat moet weten

Vraag of het hostapparaat alleen stroom nodig heeft of ook batterij-informatie.

Mogelijke gegevensvereisten zijn onder meer:

• Pakspanning

• Individuele groepsspanning

• Huidig

• Temperatuur

• Staat van lading

• Resterende capaciteit

• Resterende looptijd

• Gezondheidstoestand

• Aantal cycli

• Foutcode

• Batterij-identiteit

• Productiegegevens

Als het apparaat alleen een waarschuwing nodig heeft dat de batterij bijna leeg is, kan een host-ADC voldoende zijn. Als het een betrouwbaar batterijpercentage moet weergeven onder variabele belastingen en temperaturen, kan een brandstofmeterfunctie nodig zijn.

4. Bepaal of communicatie vereist is

Een slim GBS kan communiceren via:

• I²C

• SMBus

• UART

• KAN

• RS-485

• Een eigen single-wire interface

• Nog een productspecifiek protocol

Over de interface moet vroegtijdig overeenstemming worden bereikt, omdat deze van invloed is op de batterijconnector, het aantal pinnen, de hostsoftware, het testproces en de vervangingsstrategie.

De protocolnaam alleen is niet voldoende. Het apparaatteam en de batterijleverancier moeten ook het volgende definiëren:

• Gegevensvelden

• Adressering

• Updatesnelheid

• Wakker wordend gedrag

• Foutafhandeling

• Commandorechten

• Firmware-eigendom

• Compatibiliteit tussen revisies

5. Definieer de verantwoordelijkheid voor temperatuurdetectie

Specificeer:

• Aantal temperatuursensoren

• Sensortype en weerstand

• Sensorlocatie

• Laadtemperatuurlimieten

• Grenzen van de ontladingstemperatuur

• Hersteltemperaturen

• Welke controller leest elke sensor

• Welke controller kan stoppen met opladen

• Welke controller kan stoppen met ontladen

Een compact pakket kan één NTC gebruiken nabij het cellichaam. Voor een groter geheel of een hoger stroomverbruik zijn mogelijk afzonderlijke sensoren nodig in de buurt van de cellen en beveiligingscomponenten.

6. Evalueer serie-groep monitoring en balancering

Voor configuraties met meerdere series bepaalt u:

• Aantal bewaakte groepen

• Nauwkeurigheid van spanningsmetingen

• Drempels voor overbelasting en overontlading

• Detectie vertraging

• Herstelgedrag

• Toegestaan ​​groepsspanningsverschil

• Balanceren van de startspanning

• Evenwichtsstroom

• Evenwichtsomstandigheden

• Foutgedrag wanneer een detectiedraad is losgekoppeld

De balancering moet worden geselecteerd op basis van celconsistentie, aantal series, oplaadmethode, verwachte veroudering en bedrijfsprofiel.

7. Controleer het werkelijke stroompad

Kies een bord niet alleen op basis van de geadverteerde stroom.

De bruikbare stroom is afhankelijk van:

• MOSFET-aan-weerstand

• Aantal en opstelling van MOSFET's

• PCB-koperdikte

• Stroomgevoelige weerstand

• Tab- en lasweerstand

• Draaddikte en lengte

• Connectorweerstand

• Koelomstandigheden

• Behuizingstemperatuur

• Piekduur

• Beveiligingstijdstip

Een beveiligingsbord dat wordt beschreven als '10 A' kan mogelijk niet continu 10 A in een afgesloten compact apparaat transporteren zonder overmatige temperatuurstijging.

De stroomsterkte moet worden gevalideerd in de beoogde verpakking en behuizing.

8. Overweeg standby-vermogen

Zowel PCM- als BMS-circuits verbruiken energie.

Dit wordt vooral belangrijk bij:

• Cellen met lage capaciteit

• Producten met lange houdbaarheid

• Volgapparatuur

• Sensoren op afstand

• Nooduitrusting

• Producten met lange verzendtermijnen

• Apparaten die het grootste deel van hun tijd slapend doorbrengen

Een slim beheersysteem kan een energiezuinige of verzendmodus bieden, maar het gedrag ervan moet worden geverifieerd. Belangrijke specificaties zijn onder meer:

• Normale bedrijfsstroom

• Slaapstroom

• Uitschakelstroom

• Wake-up-methode

• Gedrag in de opslagmodus

• Herstel na diepe slaap

Een geavanceerd circuit dat de batterij leegtrekt tijdens opslag kan minder geschikt zijn dan een eenvoudigere PCM, ook al biedt deze meer functies.

9. Zorg dat de oplader bij het complete pakket past

De lader moet het juiste laadprofiel, de spanningslimiet en de juiste stroomregeling bieden voor de geselecteerde celchemie en configuratie.

De PCM of BMS is over het algemeen een beschermlaag, niet de normale laadregelaar.

Sommige geïntegreerde oplossingen combineren oplaad- en beheerfuncties, maar dit moet worden bevestigd door het daadwerkelijke ontwerp. Een leverancier mag er niet van uitgaan dat een bord het opladen controleert alleen maar omdat het een GBS wordt genoemd.

Bevestigen:

• Uitgangsspanning van de lader

• Laadstroombereik

• Laadbeëindigingsmethode

• Temperatuurregeling

• Voorlaadgedrag

• Oplaaddrempel

• Communicatievereisten

• Gedrag na het uitschakelen van de bescherming

• Compatibiliteit met het stroompad van de host

10. Definieer het fout- en herstelgedrag

Bescherming gaat niet alleen over wanneer de batterij wordt losgekoppeld. Het apparaatteam moet ook begrijpen wat er daarna gebeurt.

Definiëren:

• Of laad- en ontlaadpaden afzonderlijk worden geregeld

• Of een oplader nodig is voor herstel

• Of de last verwijderd moet worden

• Of herstel automatisch is

• Of er een permanente fout is vergrendeld

• Of de host een foutcode ontvangt

• Of opgeslagen gegevens bewaard blijven

• Of de gebruiker het apparaat opnieuw kan opstarten

• Of service-interventie vereist is

Onverwacht herstelgedrag kan veldfouten veroorzaken, zelfs als het beveiligingscircuit correct werkt.

Waarom alleen de beschermingsnaam niet genoeg is

Een offerte waarin alleen 'PCM inbegrepen' of 'BMS inbegrepen' staat, is onvolledig.

De leverancier moet minimaal het volgende identificeren:

• Ondersteunde chemie

• Aantal series

• Maximale laadspanning

• Detectie van overbelasting en herstelspanning

• Detectie van overontlading en herstelspanning

• Drempel voor overstroom opladen

• Ontlading overstroomdrempel

• Reactie op kortsluiting

• Continustroomvermogen

• Piekstroomcapaciteit en duur

• Temperatuurbewakingsfuncties

• Celbalancerende functies

• Huidig ​​verbruik

• Communicatie-interface

• Brandstofmeterfunctie

• Connector en pin-out

• Herstelgedrag

• Fysieke afmetingen

Als een slim GBS vereist is, heeft de documentatie mogelijk ook het volgende nodig:

• Communicatieprotocol

• Kaart registreren

• Configuratiebestand

• Firmwareversie

• State-of-charge-algoritme

• Kalibratieproces

• Authenticatiemethode

• Gedrag bij het bewaren van gegevens

• Update- en revisiecontroleprocedure

De naam van het bord is slechts het begin van de specificatie.

Veel voorkomende PCM- en BMS-selectiefouten

Informatie die aan een fabrikant van LiPo-batterijen moet worden verstrekt

Met een volledig verzoek kan de batterijleverancier een PCM of BMS aanbevelen op basis van het apparaat in plaats van een generiek bord.

Batterijvereisten

• Nominale spanning

• Maximale laadspanning

• Benodigde capaciteit

• Serie- en parallelle configuratie

• Voorkeur celchemie

• Maximale batterijafmetingen

• Gewichtslimiet

• Verwachte levensduur van de cyclus

• Bedrijfs- en opslagtemperatuur

• Doel oplaadtijd

Laadvereisten

• Typische stroom

• Maximale continue stroom

• Piekstroom

• Piekduur

• Opstartstroom

• Inschakelstroom van motor of verwarming

• Slaapstroom

• Vereiste looptijd

• Onderspanningsdrempel van apparaat

Beschermingsvereisten

• Bescherming tegen overbelasting

• Bescherming tegen overontlading

• Laad overstroombeveiliging

• Ontlading overstroombeveiliging

• Kortsluitbeveiliging

• Temperatuurwaarneming

• Secundaire zekering of beschermingslaag

• Celbalancering

• Vereist foutherstelgedrag

Slimme batterijvereisten

• Weergave van batterijpercentage

• Nauwkeurigheid van de laadtoestand

• Schatting van de gezondheidstoestand

• Aantal cycli

• Berekening van de resterende looptijd

• Foutregistratie

• Batterij-authenticatie

• Communicatieprotocol

• Firmware- of registervereisten

Verbindingsvereisten

• Fabrikant en serie van connectoren

• Bijpassende connector

• Aantal pinnen

• Pin-out

• Polariteit

• Draaddikte

• Draad lengte

• NTC leiding

• Balans lood

• Communicatie draden

• Richting kabeluitgang

ZERNE's op maat gemaakte Li-polymeer batterijoplossingen kunnen celselectie, PCM- of BMS-functies, temperatuurdetectie, connectoren, bedrading en pakketstructuur integreren rond de elektrische en mechanische vereisten van een OEM-apparaat.

Hoe het geselecteerde beveiligingssysteem te valideren

Het geselecteerde PCM of BMS moet eerst op batterijniveau worden geëvalueerd en vervolgens in het uiteindelijke apparaat.

Relevante verificatie kan het volgende omvatten:

• Compatibiliteit met opladen

• Volledige laadspanning

• Detectie van overbelasting

• Detectie van overmatige ontlading

• Continue stroomwerking

• Piekstroomrespons

• Opstartgedrag

• Reactie op kortsluiting

• MOSFET-temperatuurstijging

• Temperatuurstijging connector

• Spanningsdaling

• Nauwkeurigheid van de temperatuursensor

• Gedrag bij lage en hoge temperaturen

• Seriegroepspanningsmeting

• Celbalancering

• Nauwkeurigheid van de laadtoestand

• Communicatiestabiliteit

• Slaap- en waakgedrag

• Verzendmodus actueel

• Foutregistratie

• Herstel na het uitschakelen van de bescherming

• Herhaaldelijke laad-ontlaadcycli

• Langdurige opslag

• Afsluitgedrag van apparaat

Bij het testen moeten gebruik worden gemaakt van voor productie bestemde cellen, verbindingen, bedrading, connectoren, behuizingsmaterialen, firmware en laderinstellingen.

Een batterij die een stroomtest op een open bank doorstaat, kan zich in een afgesloten apparaat anders gedragen. De thermische omgeving en het volledige stroompad kunnen de spanningsval, MOSFET-temperatuur, stroomdeling en uitschakelgedrag beïnvloeden.

De Het kwaliteitscontrolesysteem voor li-polymeerbatterijen biedt meer informatie over celconsistentie, procesmonitoring, elektrische verificatie en controle van de afgewerkte batterij.

Conclusie

Een PCM en een BMS kunnen beide een LiPo-batterij beschermen, maar ze zijn ontworpen voor verschillende niveaus van systeemverantwoordelijkheid.

Een PCM biedt doorgaans essentiële bescherming tegen spanning, stroom en kortsluiting in een compact circuit met lage complexiteit. Dit kan geschikt zijn wanneer het apparaat een voorspelbare belasting heeft, geen gedetailleerde batterij-informatie nodig heeft en normaal opladen en afsluiten via andere delen van het systeem afhandelt.

Een BMS wordt relevanter wanneer de batterij meerdere seriegroepen moet bewaken, cellen moet balanceren, de resterende capaciteit moet schatten, fouten moet registreren, het pakket moet authenticeren of moet communiceren met het hostapparaat.

De keuze mag niet alleen gebaseerd zijn op de verpakkingsgrootte, capaciteit of serietelling. Voor een klein eencellig apparaat is mogelijk slim beheer nodig, terwijl voor een groter apparaat alleen een goed gedefinieerde basisbescherming nodig is. Op dezelfde manier garandeert noch het PCM- noch het BMS-label specifieke temperatuur-, balancerings-, meet- of communicatiefuncties.

De uiteindelijke beschermingsspecificatie moet overeenkomen met de celchemie, het belastingsprofiel, de oplader, het stroompad, de bedrijfstemperatuur, het standby-doel, de apparaatsoftware en het verwachte foutgedrag. Het bevestigen van deze vereisten vóór de productie van monsters helpt hinderlijke shutdowns, onnauwkeurige batterijrapportage, overmatige verhitting en productherontwerp in een laat stadium te voorkomen.

Veelgestelde vragen

Wat is het belangrijkste verschil tussen een PCM en een BMS?

Een PCM biedt voornamelijk bescherming tegen elektrische fouten, terwijl een BMS bescherming kan combineren met monitoring, balancering, statusschatting, diagnostiek en communicatie. De exacte functies variëren per product, dus de specificatie is betrouwbaarder dan de naam.

Heeft elke LiPo-batterij een PCM of BMS nodig?

Een oplaadbare lithium-polymeerbatterij vereist een passende beveiligingsstrategie op systeemniveau. De bescherming kan worden geïntegreerd in het batterijpakket, het apparaat of een ander gekwalificeerd circuit, afhankelijk van de productarchitectuur. De cel mag niet worden gebruikt zonder gevalideerde overbelastings-, overontladings-, overstroom-, kortsluitings-, oplaad- en thermische controles die geschikt zijn voor de toepassing.

Is een PCM hetzelfde als een beveiligingsprint?

De termen worden vaak door elkaar gebruikt. PCB verwijst technisch gezien naar de printplaat zelf, terwijl PCM verwijst naar de volledige beveiligingscircuitmodule. In commerciële batterijoffertes mogen leveranciers echter PCM, PCB's en beveiligingsplaten gebruiken voor soortgelijke assemblages.

Kan een PCM cellen in evenwicht brengen?

Sommige meercellige beveiligingsmodules omvatten balancering, maar veel standaard PCM's niet. Als balanceren vereist is, moeten de startspanning, stroom, nauwkeurigheid en bedrijfsomstandigheden expliciet worden gespecificeerd.

Kan een BMS een LiPo-batterij opladen?

Niet noodzakelijkerwijs. Een GBS kan monitoren of controleren of opladen is toegestaan, maar een aparte lader regelt meestal het vereiste stroom- en spanningsprofiel. Sommige geïntegreerde schakelingen combineren functies voor opladen en batterijbeheer, dus de feitelijke architectuur moet worden bevestigd.

Heeft een 1S LiPo-batterij een BMS nodig?

Een standaard 1S-pakket heeft mogelijk alleen een PCM nodig, maar een BMS kan geschikt zijn als het apparaat nauwkeurige statusrapportage, stroommeting, communicatie, authenticatie, foutregistratie of andere slimme functies vereist.

Heeft een 2S-batterij een 2S BMS nodig?

Er is een beveiligings- en bewakingscircuit nodig dat is ontworpen voor twee in serie geschakelde spanningsgroepen. Het product kan een 2S BMS of een 2S PCM worden genoemd, maar het moet beide groepen bewaken en voldoen aan de eisen op het gebied van chemie, stroom, laadspanning en balancering.

Is een GBS altijd veiliger dan een PCM?

Nee. Veiligheid hangt af van het volledige ontwerp, de componentbeoordelingen, beveiligingsinstellingen, celkwaliteit, lader, bedrading, connector, mechanische constructie en validatie. Een correct gespecificeerd PCM kan geschikter zijn dan een slecht afgestemd GBS.

Biedt een NTC zelf temperatuurbescherming?

Nee. Een NTC is een temperatuurgevoelig onderdeel. De lader, het hostapparaat, PCM of BMS moeten het lezen en de vereiste actie ondernemen wanneer de temperatuur de gedefinieerde limieten overschrijdt.

Hoe moet ik de huidige classificatie van een PCM of BMS kiezen?

Gebruik de maximale continue stroom, piekstroom, piekduur, opstart- of blokkeerstroom, laadstroom en bedrijfstemperatuur van het apparaat. Controleer ook MOSFET-verliezen, kaartindeling, draad, connector, spanningsval, detectiedrempels en thermische prestaties.

Welke optie verbruikt minder stand-by-energie?

Een standaard PCM verbruikt over het algemeen minder stroom dan een BMS met veel functies, maar de werkelijke waarden variëren aanzienlijk. Vergelijk de bedrijfs-, slaap-, uitschakel- en verzendmodusstroom met behulp van de echte circuitspecificaties.

Kan het PCM of BMS worden aangepast voor een OEM-apparaat?

Ja. Beveiligingsdrempels, serietelling, stroomcapaciteit, temperatuursensoren, balancering, communicatie, brandstofmeting, connector, pinout, draadlengte, fysieke afmetingen en herstelgedrag kunnen worden ontworpen rond de apparaatvereisten.