PCM vs BMS pentru bateriile LiPo: de ce sistem de protecție are nevoie dispozitivul dvs.?

O baterie li-polimer are nevoie de mai mult decât o tensiune și o capacitate adecvate. Sistemul său de protecție trebuie să se potrivească, de asemenea, cu chimia celulei, numărul de serie, curentul de sarcină, metoda de încărcare, temperatura de funcționare și informațiile solicitate de dispozitivul gazdă.

Doi termeni apar frecvent în specificațiile bateriei: PCM sau Modul de circuit de protecție și BMS sau Sistem de management al bateriei.

Un PCM se concentrează de obicei pe protecția esențială a erorilor, cum ar fi supraîncărcarea, supradescărcarea, supracurent și întreruperea scurtcircuitului. Un BMS poate oferi aceeași protecție în timp ce adaugă funcții precum monitorizarea grupului de celule, echilibrarea, estimarea stării de încărcare, înregistrarea datelor și comunicarea.

Această distincție este utilă, dar nu este absolută. Un pachet sofisticat cu o singură celulă poate avea nevoie de un BMS, în timp ce un ansamblu cu mai multe celule poate utiliza o placă de protecție relativ simplă. Furnizorii pot utiliza, de asemenea, PCM, PCB, placa de protecție și BMS în mod diferit.

Prin urmare, alegerea corectă depinde de funcțiile de care are nevoie dispozitivul dvs. - nu numai de cum se numește circuitul.

Acest ghid compară funcțiile PCM și BMS, explică când fiecare abordare poate fi adecvată și oferă un proces practic pentru specificarea protecției pentru o baterie cu polimer de litiu.

Recomandări cheie

• Un PCM este conceput în primul rând pentru a deconecta bateria în timpul unor defecțiuni electrice definite.

• Un BMS combină de obicei protecția cu funcții mai ample de monitorizare, estimare, echilibrare, control sau comunicare.

• PCM și BMS nu sunt categorii de produse standardizate universal.

• Specificația reală a circuitului este mai importantă decât numele imprimat pe un desen sau citat.

• Un pachet cu o singură celulă poate avea nevoie în continuare de un BMS atunci când dispozitivul necesită un procent precis al bateriei, autentificare, diagnosticare sau comunicare.

• Un pachet cu mai multe serii necesită monitorizare individuală a grupului de serie, chiar dacă placa sa de protecție se numește PCM.

• Echilibrarea celulelor este relevantă pentru grupurile de tensiune conectate în serie, nu pentru un pachet 1S convențional.

• Nici un PCM, nici un BMS nu trebuie tratate automat ca încărcător de baterie.

• Valorile declanșării la supracurent nu sunt aceleași cu valorile nominale sigure pentru curent continuu.

• Celulele de înaltă tensiune necesită protecție și praguri de încărcare potrivite chimiei lor reale.

• Protecția la temperatură este prezentă numai atunci când sunt incluse senzorul necesar, pragurile și calea de control.

• Dimensiunea, curentul de așteptare, costul, capacitatea curentă și cerințele de comunicare ar trebui evaluate împreună.

• Testele la nivel de pachet și la nivel de dispozitiv sunt necesare înainte ca proiectul de protecție să fie aprobat pentru producție.

Ce este un PCM într-un pachet de baterii LiPo?

PCM înseamnă Protection Circuit Module . De asemenea, este descris în mod obișnuit ca o placă de protecție sau o placă de circuit de protecție.

Un PCM tipic conține un circuit integrat de protecție, MOSFET-uri de încărcare și descărcare, rezistențe, condensatoare și căi conductoare pentru transportul curentului bateriei. În funcție de design, acesta poate include și un element de detectare a curentului, siguranță, interfață NTC sau alte componente.

Scopul său principal este de a preveni ca celula sau pachetul să rămână în condiții electrice anormale specificate.

Funcții PCM comune

Un PCM de bază poate oferi:

• Protecție la supraîncărcare-tensiune

• Protecție la supradescărcare

• Protecție la supracurent la descărcare

• Protecție la supracurent de încărcare

• Protecție la scurtcircuit

• Control MOSFET de încărcare și descărcare

• Recuperare după o stare de defecțiune

Funcțiile suplimentare pot include:

• Sentirea temperaturii

• Protectie secundara la supratensiune

• O siguranță termică

• Identificarea pachetului

• Detectarea defecțiunii întârziată

• Căi separate de control al încărcării și descărcării

Nu fiecare modul de protecție include toate aceste funcții. De exemplu, o baterie poate avea un fir NTC care este citit de încărcător sau de dispozitivul gazdă, mai degrabă decât de PCM în sine.

Ce nu oferă de obicei un PCM de bază

Un modul de protecție convențional nu oferă în mod normal funcții avansate, cum ar fi:

• Raportare exactă a stării de încărcare

• Estimarea stării de sănătate

• Numărarea ciclului

• Predicția timpului de rulare rămas

• Înregistrare evenimente sau erori

• Controlul echilibrului celular

• Comunicare digitală

• Autentificarea bateriei

• Firmware configurabil pe teren

• Date de diagnosticare detaliate

Aceste funcții necesită circuite de măsurare suplimentare, algoritmi, memorie sau interfețe de comunicare.

Prin urmare, un PCM poate proteja o baterie fără a spune dispozitivului câtă energie utilizabilă rămâne sau de ce a avut loc o oprire anterioară.

Ce este un BMS?

BMS înseamnă Battery Management System . Se referă la o combinație mai largă de funcții de monitorizare, protecție, control și gestionare a datelor bateriei.

Un BMS poate fi implementat folosind un circuit integrat de gestionare a bateriei dedicat, un circuit integrat pentru măsurarea combustibilului, un microcontroler, senzori de curent și temperatură, circuite de echilibrare, MOSFET, memorie și componente de comunicație. Arhitectura exactă depinde de numărul de celule și de cerințele dispozitivului.

Pentru o introducere mai amplă a acestor funcții, ghidul lui ZENE explică modul în care un sistem de management al bateriei monitorizează și protejează un pachet de baterii.

Funcții comune BMS

În funcție de design, un BMS poate oferi:

• Monitorizarea tensiunii celulei sau grupului în serie

• Monitorizarea tensiunii pachetului

• Măsurarea curentului de încărcare și descărcare

• Monitorizarea temperaturii

• Protecție la supraîncărcare și supradescărcare

• Protecție la supracurent și la scurtcircuit

• Echilibrare celulară pasivă sau activă

• Estimarea stării de încărcare

• Estimarea stării de sănătate

• Calculul capacității rămase

• Numărarea ciclului

• Înregistrare erori și evenimente

• Autentificarea bateriei

• Control de încărcare și descărcare

• Comunicarea cu dispozitivul gazdă sau încărcătorul

• Praguri de protecție configurabile

• Gestionarea somnului, a așteptării și a trezirii

Un BMS nu include automat toate funcțiile din această listă. Unele sisteme oferă protecție și echilibrare, dar nici un indicator de combustibil. Alții oferă informații precise despre starea de încărcare, dar se bazează pe un protector separat ca strat de siguranță secundar.

Funcțiile necesare trebuie menționate în mod explicit în specificațiile bateriei.

PCM vs BMS: Cea mai importantă diferență

Diferența practică este una de amploare.

Un PCM întreabă în primul rând:

Bateria a intrat într-o stare definită de defecțiune electrică și ar trebui deconectată încărcarea sau descărcarea?

Un BMS poate cere, de asemenea:

Ce se întâmplă în interiorul pachetului, câtă energie rămâne, cum îmbătrânesc celulele și ce informații sau acțiuni necesită dispozitivul?

Acest lucru nu înseamnă că un PCM este nesigur sau că un BMS este întotdeauna superior. Un PCM bine proiectat poate fi pe deplin potrivit pentru un produs compact 1S cu cerințe de operare simple. Un sistem de management inutil de complex poate adăuga costuri, suprafață de circuit, timp de dezvoltare, consum de așteptare și integrare software fără a îmbunătăți experiența utilizatorului.

Obiectivul este de a selecta cea mai simplă arhitectură care să satisfacă toate cerințele electrice, de siguranță, de diagnosticare și de produs cu o marjă de proiectare adecvată.

Comparație PCM vs BMS

Acest tabel descrie practica obișnuită în industrie, mai degrabă decât un standard de denumire universal. Un produs etichetat „BMS” poate oferi doar protecție de bază la întrerupere, în timp ce o placă avansată etichetată „PCM” poate include monitorizarea sau echilibrarea temperaturii.

Comparați întotdeauna specificațiile funcționale, ratingul circuitului și cerințele de testare.

Cum funcționează funcțiile de protecție PCM și BMS

Modelele PCM și BMS pot împărtăși mai multe funcții de protecție de bază. Principala diferență este cât de mult monitorizează și ce fac cu informațiile colectate.

Protecție la supraîncărcare

Protecția la supraîncărcare monitorizează dacă o celulă sau un grup de serie depășește un prag de tensiune definit în timpul încărcării.

Dacă pragul este depășit pentru timpul de întârziere specificat, circuitul de protecție poate opri MOSFET-ul de încărcare și poate întrerupe încărcarea.

Trei valori trebuie distinse:

• Tensiune normală de terminare a încărcătorului

• Tensiunea de detectare a protecției

• Tensiunea de recuperare a protecției

Pragul de supraîncărcare nu trebuie utilizat ca țintă normală de încărcare. Este o limită de eroare menită să răspundă atunci când reglarea normală a încărcării a eșuat sau a apărut o condiție anormală.

De exemplu, o celulă convențională de 4,2 V și o celulă de înaltă tensiune proiectată pentru 4,35 V sau 4,4 V necesită parametri diferiți de încărcare și protecție. Un produs care folosește bateriile cu polimer de litiu de înaltă tensiune trebuie să utilizeze praguri potrivite celulei selectate, mai degrabă decât o placă generică de protecție a bateriilor cu litiu.

Protecție la supradescărcare

Protecția la supradescărcare deconectează sarcina atunci când tensiunea monitorizată scade sub o limită definită.

Această funcție ajută la prevenirea ca celula să rămână sub descărcare excesivă. Cu toate acestea, oprirea normală a dispozitivului ar trebui să aibă loc în general înainte ca circuitul de protecție să atingă pragul de oprire de urgență.

Dacă dispozitivul funcționează în mod obișnuit până când PCM sau BMS deconectează pachetul, bateria poate prezenta:

• Oprire bruscă a dispozitivului

• Ciclu de viață util redus

• Stresuri repetate de joasă tensiune

• Dificultate la repornire sub sarcină

• Raportarea incorectă a procentului bateriei

• Probleme de recuperare atunci când tensiunea celulei este foarte scăzută

Prin urmare, strategia de subtensiune a dispozitivului gazdă și pragul de protecție ar trebui coordonate.

Protecție la supracurent

Protecția la supracurent răspunde atunci când curentul de încărcare sau de descărcare depășește un nivel de detectare definit pentru o perioadă specificată.

Setarea trebuie să găzduiască evenimente de încărcare valide, cum ar fi:

• Pornirea procesorului

• Explorări de transmisie radio

• Pornirea motorului

• Blocarea motorului

• Activarea pompei

• Pornirea încălzitorului

• Încărcarea condensatorului

• Pornire LED sau afișaj

• Putere de vârf temporară

Un prag prea scăzut poate cauza opriri neplăcute. Un prag prea mare poate să nu protejeze în mod adecvat celula, MOSFET-urile, interconexiunile, cablurile sau conectorul.

Relația dintre capacitatea bateriei și capacitatea de descărcare este discutată în continuare în ghidul pentru Baterie LiPo calificare C.

Protecție la scurtcircuit

Protecția la scurtcircuit răspunde la un curent foarte mare sau la o schimbare rapidă a tensiunii în concordanță cu o defecțiune cu rezistență scăzută.

Funcționarea sa depinde de mai mult decât valoarea curentă. Parametrii relevanți de proiectare includ:

• Metoda de detectare

• Pragul de detectare

• Întârziere de răspuns

• Timp de comutare MOSFET

• Rezistența la calea curentului

• Inductanța buclei de defect

• Metoda de recuperare

• Comportamentul conectorului

• Capacitate de curent de defect al celulei

O etichetă care indică „protecție la scurtcircuit” nu dovedește că pachetul se va comporta corect în cazul oricărei defecțiuni externe posibile. Ansamblul finalizat necesită încă o testare definită a erorilor.

Protecție la temperatură

Protecția împotriva temperaturii poate utiliza unul sau mai mulți termistori NTC, senzori de temperatură IC sau alte elemente de detectare.

Senzorul poate fi monitorizat prin:

• Circuitul de protecție

• BMS-ul

• Încărcătorul

• Dispozitivul gazdă

• Mai mult de un sistem

Specificația ar trebui să identifice ce sistem citește senzorul și care sistem poate opri încărcarea sau descărcarea.

Limitele de temperatură pot diferi pentru:

• Încărcare

• Descărcare continuă

• Debit maxim

• Depozitare

• Funcționare la temperatură scăzută

• Funcționare la temperatură ridicată

O baterie cu un cablu NTC nu are automat oprire autonomă a temperaturii. NTC poate furniza informații doar unui alt operator.

Echilibrarea celulelor

Echilibrarea limitează diferențele de tensiune între grupurile conectate în serie.

Un circuit de echilibrare pasiv de bază elimină o cantitate mică de sarcină dintr-un grup de tensiune mai mare în timpul încărcării. Sistemele mai avansate pot controla echilibrarea în funcție de tensiune, starea de încărcare, temperatură sau starea de funcționare.

Echilibrarea nu este necesară între grupurile de serie dintr-un pachet 1S convențional, deoarece există un singur grup de tensiune. Un pachet 1S2P este, de asemenea, tratat ca un grup de tensiune, deși celulele sale paralele trebuie totuși să fie strâns potrivite.

Echilibrarea nu poate repara:

• O celulă deteriorată

• Pierdere severă de capacitate

• Autodescărcare ridicată

• Sudură slabă

• Diferențe majore de rezistență

• O configurație incorectă a pachetului

• Un încărcător nepotrivit

Un pachet care dezvoltă în mod repetat un dezechilibru substanțial necesită investigație mai degrabă decât un curent de echilibrare mai mare.

Un PCM este de obicei potrivit atunci când...

Un PCM poate fi adecvat atunci când produsul are cerințe relativ simple ale bateriei.

Condițiile tipice includ:

• Pachetul are un grup de tensiune în serie

• Dispozitivul nu necesită raportare precisă a procentului bateriei

• Nu este nevoie de comunicare digitală

• Sistemul gazdă gestionează deja interfața cu utilizatorul și oprirea normală

• Tensiunea de bază, curentul și protecția la scurtcircuit sunt suficiente

• Temperatura este monitorizată de încărcător sau de dispozitivul gazdă

• Dimensiunea circuitului este foarte limitată

• Este important un consum foarte scăzut în standby

• Bateria nu este destinată să furnizeze date de service sau de diagnosticare

• Pragurile de protecție pot rămâne fixe

• Profilul de sarcină este previzibil și a fost validat

Aplicațiile posibile includ senzori compacti, trackere de bază, produse de iluminat simple, electronice mici de larg consum și alte dispozitive care necesită o întrerupere fiabilă a erorilor fără funcții inteligente ale bateriei.

Cuvântul „simplu” se referă la cerințele de management, nu la importanța aplicației. Un dispozitiv mic poate necesita în continuare monitorizare sofisticată dacă detectarea defecțiunilor, informații exacte despre timpul de rulare sau trasabilitatea sunt importante.

Un BMS este de obicei preferat atunci când...

Un sistem de management mai larg poate fi adecvat atunci când dispozitivul necesită funcții dincolo de protecția de bază a întreruperii.

Motivele comune includ:

• Pachetul conține mai multe grupuri conectate în serie

• Tensiunile individuale ale grupului trebuie monitorizate

• Este necesară echilibrarea celulelor

• Dispozitivul afișează un procentaj precis al bateriei

• Timpul de rulare rămas trebuie estimat

• Dispozitivul gazdă are nevoie de date despre tensiunea bateriei, curentul sau temperatură

• Pachetul trebuie să raporteze defecțiunile

• Numărul de cicluri sau starea de sănătate este necesară

• Este necesară autentificarea bateriei

• Sistemul de încărcare comunică cu pachetul

• Setările de protecție trebuie să fie configurabile

• Aplicația folosește o baterie inteligentă înlocuibilă pe teren

• Pachetul acceptă mai multe moduri de operare

• Produsul necesită diagnostice de service sau înregistrări de evenimente

• Dispozitivul are un profil de sarcină variabil sau solicitant

• Sistemul trebuie să coordoneze comportamentul bateriei cu alte subsisteme

Aceste cerințe apar adesea în terminale portabile, electronice medicale, robotică, instrumente industriale, echipamente portabile de testare, dispozitive de comunicare și produse conectate.

Fiecare baterie LiPo 1S are nevoie doar de un PCM?

Nu.

Un pachet 1S are un singur grup de tensiune în serie, deci nu necesită echilibrare între celulele conectate în serie. Acest lucru reduce complexitatea circuitului, dar nu elimină necesitatea funcțiilor de management.

O baterie cu o singură celulă poate avea nevoie în continuare de un circuit BMS sau de baterie inteligentă atunci când dispozitivul necesită:

• Raportare exactă a stării de încărcare

• Estimarea timpului de rulare rămas

• Măsurarea curentului

• Numărarea ciclului

• Urmărirea stării de sănătate

• Istoricul defecțiunilor

• Autentificarea bateriei

• Comunicare digitală

• Protecție configurabilă

• Măsurători multiple de temperatură

De exemplu, un dispozitiv medical conectat și un produs LED simplu pot folosi ambele o celulă pungă de 3,7 V. Tensiunea bateriei lor poate fi aceeași, dar cerințele lor de monitorizare, diagnosticare și fiabilitate sunt foarte diferite.

Numărul de serie singur nu ar trebui să determine arhitectura de protecție.

Fiecare pachet cu mai multe serii are nevoie de un BMS?

O baterie cu mai multe serii necesită protecție care monitorizează fiecare grup de tensiune conectat în serie. Monitorizarea numai a tensiunii totale a pachetului nu este suficientă.

De exemplu, un pachet 2S cu o tensiune totală de 8,0 V ar putea conține:

• Două grupuri la 4,0 V fiecare

• Un grup la 4,15 V și unul la 3,85 V

• Un grup la 4,25 V și unul la 3,75 V

Aceeași tensiune totală poate ascunde un grup care și-a depășit limita permisă.

O placă de protecție cu mai multe celule relativ simplă poate oferi detectarea individuală a tensiunii fără a oferi comunicare, măsurare a combustibilului sau diagnosticare avansată. Unii furnizori numesc acest circuit PCM cu mai multe celule, în timp ce alții îl numesc BMS de bază.

Cerințele esențiale sunt ca:

• Se potrivește cu numărul exact de serie

• Monitorizează fiecare grup de serie

• Utilizează praguri corecte de tensiune

• Suporta curentul necesar

• Răspunde corect la dezechilibru

• Oferă echilibrare dacă designul o cere

• Se potrivește cu încărcătorul și chimia celulei

• Are temperatură adecvată și comportament de defecțiune

Specificația funcțională contează mai mult decât dacă oferta utilizează PCM sau BMS.

Exemple de dispozitive: PCM sau BMS?

Acestea sunt puncte de plecare, nu prescripții finale. Evaluarea riscului dispozitivului, profilul de operare, standardele aplicabile, arhitectura încărcătorului și construcția pachetului pot modifica selecția.

Cum să alegi între un PCM și BMS

1. Confirmați chimia celulei și limitele de tensiune

Document:

• Chimia celulară

• Tensiune nominală

• Tensiune maximă de încărcare

• Limită de descărcare recomandată

• Numărul de grupuri de serie

• Numărul de celule paralele per grup

• Limită curent de încărcare

• Capacitate de descărcare continuă

• Capacitate maximă de descărcare

• Interval de temperatură permis

Nu selectați o placă de protecție numai de pe eticheta „baterie de 3,7 V”. Celulele cu tensiuni nominale similare pot utiliza limite maxime de încărcare diferite.

2. Definiți profilul de încărcare a dispozitivului

Măsurați sau estimați:

• Curent de somn

• Curent de așteptare

• Curent tipic

• Curent continuu maxim

• Curent de vârf

• Durata maximă

• Curent de pornire

• Curent de blocare a motorului

• Curent de puls repetat

• Curent de defect

• Curent de încărcare

Impulsurile scurte de sarcină pot afecta selecția protecției chiar și atunci când curentul mediu este scăzut.

Un tracker wireless, de exemplu, își poate petrece cea mai mare parte a timpului într-o stare de putere redusă și apoi să tragă un scurt impuls de curent în timpul transmisiei de date. PCM sau BMS trebuie să permită impulsul valid fără cădere excesivă de tensiune sau întrerupere neplăcută.

3. Decideți ce trebuie să știe dispozitivul

Întrebați dacă dispozitivul gazdă are nevoie doar de alimentare sau de informații despre baterie.

Cerințele posibile de date includ:

• Tensiunea pachetului

• Tensiune de grup individual

• Actual

• Temperatură

• Starea de sarcina

• Capacitatea rămasă

• Timp de rulare rămas

• Starea de sănătate

• Număr de cicluri

• Cod de eroare

• Identitatea bateriei

• Date de fabricație

Dacă dispozitivul are nevoie doar de o avertizare de baterie descărcată, un ADC gazdă poate fi suficient. Dacă trebuie să afișeze un procent de încredere al bateriei la sarcini și temperaturi variabile, poate fi necesară o funcție de indicator al combustibilului.

4. Stabiliți dacă comunicarea este necesară

Un BMS inteligent poate comunica prin:

• I²C

• SMBus

• UART

• POATE

• RS-485

• O interfață proprietară cu un singur fir

• Un alt protocol specific produsului

Interfața trebuie convenită din timp, deoarece afectează conectorul bateriei, numărul de pin, software-ul gazdă, procesul de testare și strategia de înlocuire.

Numele de protocol nu este suficient. Echipa dispozitivului și furnizorul de baterii ar trebui, de asemenea, să definească:

• Câmpuri de date

• Adresarea

• Rata de actualizare

• Comportamentul de trezire

• Gestionarea erorilor

• Permisiuni de comandă

• Proprietatea firmware-ului

• Compatibilitate între revizuiri

5. Definiți responsabilitatea de detectare a temperaturii

Specifica:

• Numărul de senzori de temperatură

• Tipul și rezistența senzorului

• Locația senzorului

• Limite de temperatură de încărcare

• Limite de temperatură de descărcare

• Temperaturi de recuperare

• Care controler citește fiecare senzor

• Care controler poate opri încărcarea

• Care controler poate opri descărcarea

Un pachet compact poate folosi un NTC lângă corpul celulei. Un ansamblu mai mare sau cu curent mai mare poate avea nevoie de senzori separati în apropierea celulelor și a componentelor de protecție.

6. Evaluați monitorizarea și echilibrarea serie-grup

Pentru configurații cu mai multe serii, determinați:

• Numărul de grupuri monitorizate

• Precizia de măsurare a tensiunii

• Praguri de supraîncărcare și supradescărcare

• Întârziere de detectare

• Comportament de recuperare

• Diferența de tensiune de grup permisă

• Echilibrarea tensiunii de pornire

• Curent de echilibrare

• Condiții de echilibrare

• Comportament de eroare atunci când un fir de detectare este deconectat

Echilibrarea trebuie selectată în funcție de consistența celulei, numărul de serie, metoda de încărcare, îmbătrânirea așteptată și profilul de funcționare.

7. Verificați Calea curentă reală

Nu alegeți o placă numai după curentul publicitar.

Curentul utilizabil depinde de:

• Rezistență la pornire MOSFET

• Numărul și aranjarea MOSFET-urilor

• Grosimea cuprului PCB

• Rezistență la sensul de curent

• Rezistenta la filet si la sudare

• Ecartamentul și lungimea firului

• Rezistența conectorului

• Condiții de răcire

• Temperatura incintei

• Durata maximă

• Timpul de protecție

Este posibil ca o placă de protecție descrisă ca „10 A” să nu poată transporta continuu 10 A în interiorul unui dispozitiv compact etanș fără creșterea excesivă a temperaturii.

Valoarea nominală a curentului trebuie validată în pachetul și incinta destinate.

8. Luați în considerare puterea de așteptare

Atât circuitele PCM cât și BMS consumă energie.

Acest lucru devine deosebit de important în:

• Celule cu capacitate redusă

• Produse pentru depozitare lungă

• Dispozitive de urmărire

• Senzori de la distanță

• Echipament de urgență

• Produse cu perioade lungi de livrare

• Dispozitive care petrec cea mai mare parte a timpului dormind

Un sistem de management inteligent poate oferi un mod de consum redus sau de livrare, dar comportamentul său trebuie verificat. Specificațiile importante includ:

• Curent normal de funcționare

• Curent de somn

• Curent de oprire

• Metoda de trezire

• Comportamentul în modul de stocare

• Recuperare după somn profund

Un circuit avansat care consumă bateria în timpul stocării poate fi mai puțin potrivit decât un PCM mai simplu, chiar dacă oferă mai multe funcții.

9. Potriviți încărcătorul cu pachetul complet

Încărcătorul trebuie să ofere profilul de încărcare corect, limita de tensiune și reglarea curentului pentru chimia și configurația celulei selectate.

PCM sau BMS este, în general, un strat protector, nu un regulator normal de încărcare.

Unele soluții integrate combină funcțiile de încărcare și management, dar acest lucru trebuie confirmat din designul propriu-zis. Un furnizor nu ar trebui să presupună că o placă controlează încărcarea doar pentru că se numește BMS.

Confirma:

• Tensiunea de ieșire a încărcătorului

• Gama de curent de încărcare

• Metoda de terminare a taxei

• Controlul temperaturii

• Comportament înainte de încărcare

• Pragul de reîncărcare

• Cerințe de comunicare

• Comportament după întreruperea protecției

• Compatibilitate cu calea de alimentare a gazdei

10. Definiți comportamentul de eroare și de recuperare

Protecția nu se referă doar la deconectarea bateriei. Echipa dispozitivului trebuie să înțeleagă și ce se întâmplă după aceea.

Defini:

• Dacă căile de încărcare și de descărcare sunt controlate separat

• Dacă este necesar un încărcător pentru recuperare

• Dacă sarcina trebuie îndepărtată

• Dacă recuperarea este automată

• Dacă o defecțiune permanentă este blocată

• Dacă gazda primește un cod de eroare

• Dacă datele stocate sunt păstrate

• Dacă utilizatorul poate reporni dispozitivul

• Dacă este necesară intervenția de service

Comportamentul neașteptat de recuperare poate crea erori de câmp chiar și atunci când circuitul de protecție funcționează corect.

De ce Numele de protecție singur nu este suficient

Un citat care spune doar „PCM inclus” sau „BMS inclus” este incomplet.

Cel puțin, furnizorul trebuie să identifice:

• Chimie susținută

• Număr de serii

• Tensiune maximă de încărcare

• Tensiunea de detectare și recuperare a supraîncărcării

• Detectarea supradescărcării și tensiunea de recuperare

• Pragul de supracurent de încărcare

• Pragul de supracurent de descărcare

• Răspuns la scurtcircuit

• Capacitate de curent continuu

• Capacitate și durată de curent de vârf

• Funcții de monitorizare a temperaturii

• Funcții de echilibrare celulară

• Consum curent

• Interfață de comunicare

• Funcție de indicator de combustibil

• Conector și pinout

• Comportament de recuperare

• Dimensiuni fizice

Dacă este necesar un BMS inteligent, documentația poate avea nevoie și de:

• Protocol de comunicare

• Înregistrați harta

• Fișierul de configurare

• Versiune de firmware

• Algoritmul stării de încărcare

• Proces de calibrare

• Metoda de autentificare

• Comportamentul de păstrare a datelor

• Procedura de actualizare si revizuire-control

Numele plăcii este doar începutul specificației.

Greșeli comune de selecție PCM și BMS

Informații de furnizat unui producător de baterii LiPo

O solicitare completă permite furnizorului de baterii să recomande un PCM sau BMS bazat pe dispozitiv, mai degrabă decât o placă generică.

Cerințe pentru baterie

• Tensiune nominală

• Tensiune maximă de încărcare

• Capacitate necesară

• Configurație în serie și paralelă

• Chimia celulară preferată

• Dimensiunile maxime ale bateriei

• Limită de greutate

• Ciclu de viață așteptat

• Temperatura de funcționare și depozitare

• Timpul de încărcare țintă

Cerințe de încărcare

• Curent tipic

• Curent continuu maxim

• Curent de vârf

• Durata maximă

• Curent de pornire

• Curent de oprire a motorului sau curent de pornire a încălzitorului

• Curent de somn

• Timp de rulare necesar

• Pragul de subtensiune al dispozitivului

Cerințe de protecție

• Protecție la supraîncărcare

• Protecție la supradescărcare

• Protecție la supracurent de încărcare

• Protecție la supracurent la descărcare

• Protecție la scurtcircuit

• Sentirea temperaturii

• Siguranță secundară sau strat de protecție

• Echilibrarea celulelor

• Comportament necesar de recuperare a erorilor

Cerințe pentru baterie inteligentă

• Afișaj procentul bateriei

• Precizia stării de încărcare

• Estimarea stării de sănătate

• Număr de cicluri

• Calculul timpului de funcționare rămas

• Înregistrarea erorilor

• Autentificarea bateriei

• Protocol de comunicare

• Cerințe privind firmware-ul sau registrul

Cerințe de conectare

• Producător și serie de conectori

• Conector de împerechere

• Număr de pin

• Pinout

• Polaritate

• Ecartamentul firului

• Lungimea firului

• Plumb NTC

• Echilibru plumb

• Fire de comunicație

• Direcția de ieșire a cablului

ale lui ZENE Soluțiile personalizate de baterii Li-polimer pot integra selecția celulelor, funcții PCM sau BMS, senzori de temperatură, conectori, cablare și structura pachetului în jurul cerințelor electrice și mecanice ale unui dispozitiv OEM.

Cum se validează sistemul de protecție selectat

PCM sau BMS selectat trebuie evaluat mai întâi la nivelul acumulatorului și apoi în interiorul dispozitivului final.

Verificarea relevantă poate include:

• Compatibilitate de încărcare

• Tensiune de încărcare completă

• Detectare supraîncărcare

• Detectarea supradescărcării

• Funcționare cu curent continuu

• Răspuns la curent de vârf

• Comportamentul la pornire

• Răspuns la scurtcircuit

• Creșterea temperaturii MOSFET

• Creșterea temperaturii conectorului

• Căderea de tensiune

• Precizia senzorului de temperatură

• Comportament la temperaturi scăzute și înalte

• Măsurarea tensiunii în grup de serie

• Echilibrarea celulelor

• Precizia stării de încărcare

• Stabilitatea comunicării

• Comportamentul de somn și de trezire

• Curentul modului de expediere

• Înregistrarea erorilor

• Recuperare după întreruperea protecției

• Cicluri repetate de încărcare-descărcare

• Depozitare pe termen lung

• Comportamentul de oprire a dispozitivului

Testarea ar trebui să utilizeze celule destinate producției, interconexiuni, fire, conectori, materiale pentru carcasă, firmware și setări ale încărcătorului.

O baterie care trece un test de curent pe banc deschis se poate comporta diferit în interiorul unui dispozitiv sigilat. Mediul termic și calea completă a curentului pot afecta căderea de tensiune, temperatura MOSFET, partajarea curentului și comportamentul de întrerupere.

The Sistemul de control al calității bateriei Li-polimer oferă informații suplimentare despre consistența celulei, monitorizarea procesului, verificarea electrică și controlul bateriei finite.

Concluzie

Un PCM și un BMS pot proteja o baterie LiPo, dar sunt proiectate pentru diferite niveluri de responsabilitate a sistemului.

Un PCM oferă de obicei protecție esențială la tensiune, curent și scurtcircuit într-un circuit compact, cu complexitate redusă. Poate fi potrivit atunci când dispozitivul are o sarcină previzibilă, nu necesită informații detaliate despre baterie și se ocupă de încărcarea și oprirea normală prin alte părți ale sistemului.

Un BMS devine mai relevant atunci când bateria trebuie să monitorizeze mai multe grupuri de serie, să echilibreze celulele, să estimeze capacitatea rămasă, să înregistreze defecțiuni, să autentifice pachetul sau să comunice cu dispozitivul gazdă.

Alegerea nu trebuie să se bazeze doar pe dimensiunea pachetului, capacitatea sau numărul de serie. Un dispozitiv mic cu o singură celulă poate necesita o gestionare inteligentă, în timp ce un pachet mai mare poate avea nevoie doar de protecție de bază bine definită. De asemenea, nici eticheta PCM, nici eticheta BMS nu garantează funcții specifice de temperatură, echilibrare, măsurare sau comunicare.

Specificația finală de protecție ar trebui să se potrivească cu chimia celulei, profilul de încărcare, încărcătorul, calea curentă, temperatura de funcționare, ținta de așteptare, software-ul dispozitivului și comportamentul de eroare așteptat. Confirmarea acestor cerințe înainte de producția de eșantioane ajută la prevenirea întreruperilor neplăcute, a raportării inexacte ale bateriei, a încălzirii excesive și a reproiectării produsului în stadiu avansat.

Întrebări frecvente

Care este principala diferență dintre un PCM și un BMS?

Un PCM oferă în principal protecție împotriva defecțiunilor electrice, în timp ce un BMS poate combina protecția cu monitorizarea, echilibrarea, estimarea stării, diagnosticarea și comunicarea. Funcțiile exacte variază între produse, astfel încât specificația este mai fiabilă decât numele.

Fiecare baterie LiPo are nevoie de un PCM sau BMS?

O baterie reîncărcabilă cu polimer de litiu necesită o strategie de protecție adecvată la nivel de sistem. Protecția poate fi integrată în acumulatorul, dispozitivul sau alt circuit calificat, în funcție de arhitectura produsului. Celula nu trebuie utilizată fără supraîncărcare, supradescărcare, supracurent, scurtcircuit, încărcare și controale termice validate adecvate aplicației.

Este un PCM la fel cu un PCB de protecție?

Termenii sunt adesea folosiți interschimbabil. Din punct de vedere tehnic, PCB se referă la placa de circuit imprimat în sine, în timp ce PCM se referă la modulul complet al circuitului de protecție. Cu toate acestea, în ofertele comerciale de baterii, furnizorii pot folosi PCM, PCB și placă de protecție pentru ansambluri similare.

Poate un PCM echilibra celulele?

Unele module de protecție cu mai multe celule includ echilibrare, dar multe PCM-uri de bază nu. Dacă este necesară echilibrarea, tensiunea de pornire, curentul, precizia și condițiile de funcționare trebuie specificate în mod explicit.

Poate un BMS să încarce o baterie LiPo?

Nu neapărat. Un BMS poate monitoriza sau controla dacă încărcarea este permisă, dar un încărcător separat reglează de obicei profilul necesar de curent și tensiune. Unele circuite integrate combină funcțiile de încărcare și de gestionare a bateriei, astfel încât arhitectura reală trebuie confirmată.

O baterie LiPo 1S are nevoie de un BMS?

Un pachet 1S de bază poate avea nevoie doar de un PCM, dar un BMS poate fi adecvat dacă dispozitivul necesită raportare precisă a stării de încărcare, măsurare curentă, comunicare, autentificare, înregistrare a erorilor sau alte funcții inteligente.

O baterie 2S are nevoie de un BMS 2S?

Are nevoie de un circuit de protecție și monitorizare proiectat pentru două grupuri de tensiune conectate în serie. Produsul poate fi numit 2S BMS sau 2S PCM, dar trebuie să monitorizeze ambele grupuri și să corespundă cerințelor de chimie, curent, tensiune de încărcare și echilibrare.

Este un BMS întotdeauna mai sigur decât un PCM?

Nu. Siguranța depinde de designul complet, evaluările componentelor, setările de protecție, calitatea celulei, încărcătorul, cablarea, conectorul, construcția mecanică și validarea. Un PCM specificat corect poate fi mai potrivit decât un BMS prost potrivit.

Oferă un NTC protecție la temperatură de la sine?

Nu. Un NTC este o componentă de detectare a temperaturii. Încărcătorul, dispozitivul gazdă, PCM sau BMS trebuie să îl citească și să ia măsurile necesare atunci când temperatura depășește limitele definite.

Cum ar trebui să aleg evaluarea curentă a unui PCM sau BMS?

Utilizați curentul continuu maxim al dispozitivului, curentul de vârf, durata de vârf, curentul de pornire sau de oprire, curentul de încărcare și temperatura de funcționare. Verificați, de asemenea, pierderile MOSFET, aspectul plăcii, cablul, conectorul, căderea de tensiune, pragurile de detectare și performanța termică.

Care opțiune consumă mai puțină energie în standby?

Un PCM de bază consumă în general mai puțină energie decât un BMS bogat în caracteristici, dar valorile reale variază semnificativ. Comparați curentul de funcționare, de repaus, de oprire și de transport folosind specificațiile circuitului real.

Poate fi personalizat PCM sau BMS pentru un dispozitiv OEM?

Da. Pragurile de protecție, numărul de serie, capacitatea de curent, senzorii de temperatură, echilibrarea, comunicarea, măsurarea combustibilului, conectorul, pinout, lungimea firului, dimensiunile fizice și comportamentul de recuperare pot fi proiectate în funcție de cerințele dispozitivului.