PCM против BMS для аккумуляторов LiPo: какая система защиты нужна вашему устройству?

Литий-полимерному аккумулятору требуется нечто большее, чем просто подходящее напряжение и емкость. Его система защиты также должна соответствовать химическому составу элементов, количеству серий, току нагрузки, методу зарядки, рабочей температуре и информации, необходимой главному устройству.

В характеристиках аккумуляторов часто встречаются два термина: PCM, или модуль схемы защиты, и BMS, или система управления аккумулятором.

PCM обычно фокусируется на защите от существенных неисправностей, таких как перезарядка, чрезмерная разрядка, перегрузка по току и отключение при коротком замыкании. BMS может обеспечивать такую ​​же защиту, добавляя такие функции, как мониторинг группы ячеек, балансировку, оценку состояния заряда, регистрацию данных и связь.

Это различие полезно, но оно не является абсолютным. Для сложного одноэлементного блока может потребоваться BMS, тогда как для многоячеечного блока может использоваться относительно простая защитная плата. Поставщики также могут по-разному использовать PCM, PCB, защитную плату и BMS.

Поэтому правильный выбор зависит от функций, которые необходимы вашему устройству, а не только от того, как называется схема.

В этом руководстве сравниваются функции PCM и BMS, объясняется, когда может быть уместен каждый подход, и представлен практический процесс определения защиты для литий-полимерной батареи.

Ключевые выводы

• PCM в первую очередь предназначен для отключения аккумулятора во время определенных электрических неисправностей.

• BMS обычно сочетает в себе защиту с более широкими функциями мониторинга, оценки, балансировки, управления или связи.

• PCM и BMS не являются универсально стандартизированными категориями продуктов.

• Фактическая спецификация схемы более важна, чем имя, напечатанное на чертеже или в предложении.

• Одноэлементному блоку все равно может потребоваться BMS, когда устройству требуется точный процент заряда батареи, аутентификация, диагностика или связь.

• Многосерийный пакет требует индивидуального мониторинга серий, даже если его плата защиты называется PCM.

• Балансировка ячеек актуальна для последовательно соединенных групп напряжения, а не для обычного блока 1S.

• Ни PCM, ни BMS не должны автоматически рассматриваться как зарядное устройство аккумулятора.

• Значения отключения по перегрузке по току не совпадают с номиналами безопасного длительного тока.

• Высоковольтные элементы требуют защиты и порогов зарядки, соответствующих их реальному химическому составу.

• Температурная защита присутствует только при наличии необходимого датчика, пороговых значений и пути управления.

• Размер, ток в режиме ожидания, стоимость, текущие возможности и требования к связи следует оценивать вместе.

• Прежде чем конструкция защиты будет одобрена для производства, необходимо провести тестирование на уровне упаковки и устройства.

Что такое PCM в аккумуляторе LiPo?

PCM означает «Модуль цепи защиты» . Его также часто называют платой защиты или платой защиты.

Типичный PCM содержит защитную микросхему, МОП-транзисторы заряда и разряда, резисторы, конденсаторы и проводящие пути для прохождения тока батареи. В зависимости от конструкции он может также включать в себя токоизмерительный элемент, предохранитель, интерфейс NTC или другие компоненты.

Его основная цель — предотвратить пребывание элемента или блока в определенных аномальных электрических условиях.

Общие функции PCM

Базовый PCM может обеспечивать:

• Защита от перенапряжения

• Защита от перенапряжения

• Защита от перегрузки по току

• Защита от перегрузки по току зарядки

• Защита от короткого замыкания

• Управление зарядкой и разрядкой MOSFET

• Восстановление после аварийного состояния

Дополнительные функции могут включать в себя:

• Измерение температуры

• Вторичная защита от перенапряжения

• Термопредохранитель

• Идентификация упаковки

• Задержка обнаружения неисправности

• Отдельные пути управления зарядкой и разрядкой

Не каждый модуль защиты включает в себя все эти функции. Например, аккумулятор может иметь провод NTC, который считывается зарядным устройством или хост-устройством, а не самим PCM.

Чего обычно не обеспечивает базовый PCM

Обычный модуль защиты обычно не предлагает расширенных функций, таких как:

• Точная отчетность о состоянии заряда

• Оценка состояния здоровья

• Циклический подсчет

• Прогнозирование оставшегося времени выполнения

• Регистрация событий или неисправностей

• Контроль балансировки ячеек

• Цифровая связь

• Аутентификация батареи

• Конфигурируемая прошивка

• Подробные диагностические данные

Эти функции требуют дополнительных измерительных схем, алгоритмов, памяти или интерфейсов связи.

Таким образом, PCM может защитить батарею, не сообщая устройству, сколько осталось полезной энергии или почему произошло предыдущее отключение.

Что такое БМС?

BMS означает « система управления батареями» . Это относится к более широкому сочетанию функций мониторинга, защиты, контроля и управления данными батареи.

BMS может быть реализована с использованием специальной ИС управления аккумулятором, ИС датчика уровня топлива, микроконтроллера, датчиков тока и температуры, балансировочных схем, МОП-транзисторов, памяти и компонентов связи. Точная архитектура зависит от количества ячеек и требований к устройству.

Для более широкого ознакомления с этими функциями см. руководство ZERNE. как система управления батареями контролирует и защищает аккумуляторную батарею.

Общие функции BMS

В зависимости от конструкции BMS может обеспечивать:

• Контроль напряжения ячеек или последовательной группы

• Мониторинг пакетного напряжения

• Измерение тока заряда и разряда

• Мониторинг температуры

• Защита от перезаряда и чрезмерного разряда

• Защита от перегрузки по току и короткого замыкания

• Пассивная или активная балансировка ячеек

• Оценка состояния

• Оценка состояния здоровья

• Расчет остаточной мощности

• Циклический подсчет

• Регистрация неисправностей и событий

• Аутентификация батареи

• Контроль заряда и разряда

• Связь с главным устройством или зарядным устройством

• Настраиваемые пороги защиты

• Управление сном, режимом ожидания и пробуждением

BMS не включает автоматически все функции из этого списка. Некоторые системы обеспечивают защиту и балансировку, но не имеют указателя уровня топлива. Другие предоставляют точную информацию о состоянии заряда, но полагаются на отдельную защиту в качестве вторичного уровня безопасности.

Требуемые функции должны быть четко указаны в спецификации аккумулятора.

PCM против BMS: самая важная разница

Практическая разница заключается в объеме.

PCM в первую очередь спрашивает:

Не вошел ли аккумулятор в состояние определенной электрической неисправности и следует ли отключить зарядку или разрядку?

BMS также может спросить:

Что происходит внутри упаковки, сколько энергии осталось, как стареют клетки и какую информацию или действие требует устройство?

Это не означает, что PCM небезопасен или что BMS всегда лучше. Хорошо спроектированный PCM может вполне подойти для компактного продукта 1S с простыми эксплуатационными требованиями. Неоправданно сложная система управления может привести к увеличению стоимости, площади схемы, времени разработки, энергопотребления в режиме ожидания и работы по интеграции программного обеспечения, не улучшая при этом удобство работы пользователя.

Цель состоит в том, чтобы выбрать простейшую архитектуру, которая удовлетворяет всем электрическим требованиям, требованиям безопасности, диагностики и продукции с подходящим расчетным запасом.

Сравнение PCM и BMS

В этой таблице описывается общепринятая отраслевая практика, а не универсальный стандарт именования. Продукт с маркировкой «BMS» может обеспечивать только базовую защиту от отключения, тогда как расширенная плата с маркировкой «PCM» может включать мониторинг температуры или балансировку.

Всегда сравнивайте функциональные характеристики, номиналы цепей и требования к испытаниям.

Как работают функции защиты PCM и BMS

В конструкциях PCM и BMS может использоваться несколько основных функций защиты. Основная разница в том, насколько они отслеживают и что делают с собранной информацией.

Защита от перезаряда

Защита от перезаряда контролирует, превышает ли ячейка или последовательная группа определенный порог напряжения во время зарядки.

Если порог превышен в течение заданного времени задержки, схема защиты может отключить зарядный MOSFET и прервать зарядку.

Следует различать три значения:

• Нормальное напряжение завершения зарядного устройства

• Напряжение обнаружения защиты

• Напряжение восстановления защиты

Порог перезарядки не следует использовать в качестве обычного целевого показателя зарядки. Это предел неисправности, предназначенный для реагирования в случае сбоя в нормальном регулировании заряда или возникновения ненормальной ситуации.

Например, обычный элемент на 4,2 В и высоковольтный элемент, рассчитанный на 4,35 В или 4,4 В, требуют разных параметров зарядки и защиты. Продукт, использующий для высоковольтных литий-полимерных батарей должны использоваться пороговые значения, соответствующие выбранному элементу, а не стандартная плата защиты литиевой батареи.

Защита от переразряда

Защита от переразряда отключает нагрузку, когда контролируемое напряжение падает ниже определенного предела.

Эта функция помогает предотвратить чрезмерную разрядку элемента. Однако обычное отключение устройства должно происходить до того, как схема защиты достигнет порога аварийного отключения.

Если устройство постоянно работает до тех пор, пока PCM или BMS не отключит аккумулятор, батарея может испытывать:

• Резкое выключение устройства

• Уменьшенный срок полезного цикла

• Повторяющийся низковольтный стресс

• Трудности с перезапуском под нагрузкой.

• Неточные отчеты о проценте заряда батареи

• Проблемы восстановления, когда напряжение элемента очень низкое

Поэтому стратегия снижения напряжения главного устройства и порог защиты должны быть скоординированы.

Защита от перегрузки по току

Защита от перегрузки по току срабатывает, когда ток заряда или разряда превышает определенный уровень обнаружения в течение определенного периода.

Этот параметр должен учитывать допустимые события загрузки, такие как:

• Запуск процессора

• Всплески радиопередачи

• Запуск двигателя

• Заглох двигателя

• Активация насоса

• Пуск нагревателя

• Зарядка конденсатора

• Светодиод или дисплей запуска

• Временная пиковая мощность

Слишком низкий порог может привести к нежелательным отключениям. Слишком высокий порог может не обеспечить адекватную защиту ячейки, МОП-транзисторов, межсоединений, проводов или разъемов.

Взаимосвязь между емкостью аккумулятора и способностью к разрядке обсуждается далее в руководстве по LiPo аккумулятор с рейтингом C.

Защита от короткого замыкания

Защита от короткого замыкания реагирует на очень высокий ток или быстрое изменение напряжения, что соответствует неисправности с низким сопротивлением.

Его работа зависит не только от текущего значения. Соответствующие параметры конструкции включают в себя:

• Метод обнаружения

• Порог обнаружения

• Задержка ответа

• Время переключения MOSFET

• Сопротивление токового пути

• Индуктивность контура повреждения

• Метод восстановления

• Поведение соединителя

• Устойчивость к току повреждения ячейки

Наклейка с надписью «защита от короткого замыкания» не доказывает, что аккумулятор будет вести себя правильно при любых возможных внешних неисправностях. Завершенная сборка по-прежнему нуждается в проверке на определенные неисправности.

Температурная защита

Для защиты от температуры может использоваться один или несколько термисторов NTC, датчиков температуры IC или других чувствительных элементов.

Датчик может контролироваться:

• Схема защиты

• БМС

• Зарядное устройство

• Хост-устройство

• Более одной системы

В спецификации должно быть указано, какая система считывает показания датчика и какая система может прекратить зарядку или разрядку.

Температурные пределы могут отличаться для:

• Зарядка

• Непрерывная разгрузка

• Пиковый разряд

• Хранилище

• Низкотемпературная работа

• Работа при высоких температурах

Аккумулятор с выводом NTC не имеет автоматического автоматического отключения по температуре. NTC может предоставлять информацию только другому контролеру.

Балансировка ячеек

Балансировка ограничивает разницу напряжений между последовательно соединенными группами.

Базовая схема пассивной балансировки удаляет небольшое количество заряда из группы более высокого напряжения во время зарядки. Более продвинутые системы могут контролировать балансировку в зависимости от напряжения, уровня заряда, температуры или рабочего состояния.

Балансировка между последовательными группами в обычном блоке 1S не требуется, поскольку существует только одна группа напряжения. Пакет 1S2P также рассматривается как одна группа напряжения, хотя его параллельные ячейки по-прежнему должны быть точно согласованы.

Балансировка не может исправить:

• Поврежденная клетка

• Серьезная потеря емкости

• Высокий саморазряд

• Плохая сварка

• Основные различия в сопротивлении

• Неправильная конфигурация пакета

• Неподходящее зарядное устройство

Батарея, в которой постоянно возникает существенный дисбаланс, требует исследования, а не только более высокого балансировочного тока.

PCM обычно подходит, когда…

PCM может подойти, когда продукт имеет относительно простые требования к батарее.

Типичные условия включают в себя:

• В блоке имеется одна последовательная группа напряжения.

• Устройство не требует точных отчетов о проценте заряда батареи.

• Никакая цифровая связь не требуется

• Хост-система уже управляет пользовательским интерфейсом и нормальным завершением работы.

• Достаточно базовой защиты по напряжению, току и короткому замыканию.

• Температура контролируется зарядным устройством или хост-устройством

• Размер схемы сильно ограничен

• Важно очень низкое потребление в режиме ожидания

• Аккумулятор не предназначен для предоставления сервисных или диагностических данных.

• Пороги защиты могут оставаться фиксированными

• Профиль нагрузки предсказуем и проверен.

Возможные применения включают компактные датчики, базовые трекеры, простые осветительные приборы, небольшую бытовую электронику и другие устройства, которым требуется надежное отключение неисправностей без функций интеллектуального аккумулятора.

Слово «простой» относится к требованиям управления, а не к важности приложения. Небольшому устройству все равно может потребоваться сложный мониторинг, если важно обнаружение сбоев, точная информация о времени выполнения или отслеживаемость.

BMS обычно предпочтительнее, когда…

Более широкая система управления может быть целесообразной, если устройству требуются функции, выходящие за рамки базовой защиты от отключения.

Общие причины включают в себя:

• Пакет содержит несколько последовательно соединенных групп.

• Необходимо контролировать напряжение отдельных групп.

• Требуется балансировка ячеек

• Устройство отображает точный процент заряда батареи.

• Необходимо оценить оставшееся время выполнения.

• Хост-устройству необходимы данные о напряжении батареи, токе или температуре.

• Пакет должен сообщать о неисправностях

• Требуется количество циклов или состояние здоровья.

• Требуется аутентификация батареи

• Система зарядки взаимодействует с аккумулятором

• Параметры защиты должны быть настраиваемыми

• Приложение использует интеллектуальную батарею, заменяемую в полевых условиях.

• Пакет поддерживает несколько режимов работы.

• Для продукта требуется сервисная диагностика или запись событий.

• Устройство имеет переменный или требовательный профиль нагрузки.

• Система должна координировать поведение батареи с другими подсистемами.

Эти требования часто возникают в портативных терминалах, медицинской электронике, робототехнике, промышленных приборах, портативном испытательном оборудовании, устройствах связи и подключенных продуктах.

Каждой литиевой батарее 1S нужен только PCM?

Нет.

Блок 1S имеет только одну последовательную группу напряжения, поэтому балансировка между последовательно соединенными элементами не требуется. Это снижает сложность схемы, но не устраняет необходимость в функциях управления.

Одноэлементной батарее все равно может потребоваться схема BMS или интеллектуальной батареи, если устройству требуется:

• Точная отчетность о состоянии заряда

• Оценка оставшегося времени выполнения

• Измерение тока

• Циклический подсчет

• Отслеживание состояния здоровья

• История неисправностей

• Аутентификация батареи

• Цифровая связь

• Настраиваемая защита

• Несколько измерений температуры

Например, и подключенное медицинское устройство, и простое светодиодное изделие могут использовать аккумуляторный элемент на 3,7 В. Напряжение их аккумуляторов может быть одинаковым, но требования к мониторингу, диагностике и надежности сильно различаются.

Само по себе количество серий не должно определять архитектуру защиты.

Нужна ли каждому многосерийному пакету BMS?

Многосерийная батарея требует защиты, контролирующей каждую последовательно соединенную группу напряжения. Мониторинг только общего напряжения батареи недостаточен.

Например, блок 2S с общим напряжением 8,0 В может содержать:

• Две группы по 4,0 В каждая

• Одна группа на 4,15 В и одна на 3,85 В.

• Одна группа на 4,25 В и одна на 3,75 В.

За одним и тем же общим напряжением может скрываться группа, превысившая допустимый предел.

Относительно простая многоячеечная защитная плата может обеспечивать индивидуальное обнаружение напряжения, не обеспечивая связь, измерение уровня топлива или расширенную диагностику. Некоторые поставщики называют эту схему многоячеечной PCM, другие называют ее базовой BMS.

Основные требования заключаются в том, чтобы он:

• Соответствует точному количеству серий

• Отслеживает каждую группу серий

• Использует правильные пороги напряжения

• Поддерживает необходимый ток

• Правильно реагирует на дисбаланс

• Обеспечивает балансировку, если этого требует конструкция.

• Соответствует зарядному устройству и химическому составу элемента.

• Имеет подходящую температуру и поведение при неисправности.

Функциональная спецификация имеет большее значение, чем использование в предложении PCM или BMS.

Примеры устройств: PCM или BMS?

Это отправные точки, а не окончательные рецепты. Выбор зависит от оценки риска устройства, профиля эксплуатации, применимых стандартов, архитектуры зарядного устройства и конструкции аккумулятора.

Как выбрать между PCM и BMS

1. Подтвердите химический состав клеток и пределы напряжения.

Документ:

• Клеточная химия

• Номинальное напряжение

• Максимальное напряжение заряда

• Рекомендуемый предел сброса

• Количество групп серий

• Количество параллельных ячеек на группу

• Ограничение зарядного тока

• Возможность непрерывной разрядки

• Пиковая разрядная способность

• Допустимый диапазон температур

Не выбирайте защитную плату только по наклейке «Батарея 3,7 В». Элементы с одинаковым номинальным напряжением могут использовать разные максимальные пределы зарядки.

2. Определите профиль нагрузки устройства.

Измерьте или оцените:

• Ток сна

• Ток в режиме ожидания

• Типичный ток

• Максимальный непрерывный ток

• Пиковый ток

• Пиковая продолжительность

• Пусковой ток

• Ток остановки двигателя

• Повторяющийся импульсный ток

• Ток повреждения

• Зарядный ток

Короткие импульсы нагрузки могут повлиять на выбор защиты даже при низком среднем токе.

Например, беспроводной трекер может проводить большую часть времени в режиме пониженного энергопотребления, а затем во время передачи данных потреблять короткий импульс тока. PCM или BMS должны допускать действительный импульс без чрезмерного падения напряжения или нежелательного отключения.

3. Решите, что нужно знать устройству

Спросите, требуется ли главному устройству только питание или информация о батарее.

Возможные требования к данным включают:

• Напряжение аккумулятора

• Индивидуальное групповое напряжение

• Текущий

• Температура

• Состояние заряда

• Оставшаяся емкость

• Оставшееся время выполнения

• Состояние здоровья

• Количество циклов

• Код неисправности

• Идентификация батареи

• Производственные данные

Если устройству требуется только предупреждение о низком заряде батареи, может быть достаточно хост-АЦП. Если он должен надежно отображать процент заряда батареи при переменных нагрузках и температурах, может потребоваться функция указателя уровня топлива.

4. Определите, требуется ли общение

Интеллектуальная BMS может обмениваться данными через:

• I²C

• SMBus

• УАРТ

• МОЖЕТ

• RS-485

• Собственный однопроводной интерфейс

• Другой протокол, специфичный для продукта

Интерфейс необходимо согласовать заранее, поскольку он влияет на разъем батареи, количество контактов, программное обеспечение хоста, процесс тестирования и стратегию замены.

Одного имени протокола недостаточно. Группа разработчиков устройства и поставщик аккумуляторов также должны определить:

• Поля данных

• Адресация

• Скорость обновления

• Поведение при пробуждении

• Обработка ошибок

• Разрешения на команды

• Владение прошивкой

• Совместимость между ревизиями

5. Определите ответственность за измерение температуры.

Указать:

• Количество датчиков температуры

• Тип датчика и сопротивление

• Расположение датчика

• Пределы температуры зарядки

• Пределы температуры разрядки

• Температура восстановления

• Какой контроллер считывает каждый датчик

• Какой контроллер может перестать заряжаться

• Какой контроллер может перестать разряжаться

Компактная упаковка может использовать один NTC рядом с корпусом ячейки. Для сборки большего размера или с более высоким током могут потребоваться отдельные датчики рядом с элементами и компонентами защиты.

6. Оцените мониторинг и балансировку серий и групп.

Для многосерийных конфигураций определите:

• Количество контролируемых групп

• Точность измерения напряжения

• Пороги перезаряда и чрезмерного разряда

• Задержка обнаружения

• Поведение восстановления

• Допустимая групповая разница напряжений

• Балансировка стартового напряжения

• Балансирующий ток

• Условия балансировки

• Поведение при неисправности при отсоединении сенсорного провода

Балансировку следует выбирать в соответствии с консистенцией ячеек, количеством серий, методом зарядки, ожидаемым старением и рабочим профилем.

7. Проверьте реальный путь тока

Не выбирайте плату только по заявленному току.

Полезный ток зависит от:

• Сопротивление открытого состояния МОП-транзистора

• Количество и расположение МОП-транзисторов

• Толщина меди печатной платы

• Токоизмерительное сопротивление

• Сопротивление выступа и сварки

• Сечение и длина провода

• Сопротивление разъема

• Условия охлаждения

• Температура корпуса

• Пиковая продолжительность

• Время защиты

Плата защиты, обозначенная как «10 А», возможно, не сможет непрерывно проводить ток 10 А внутри герметичного компактного устройства без чрезмерного повышения температуры.

Номинальный ток должен быть подтвержден в предназначенной упаковке и корпусе.

8. Учитывайте резервное питание

Цепи PCM и BMS потребляют энергию.

Это становится особенно важным в:

• Ячейки малой емкости

• Продукты длительного хранения

• Устройства слежения

• Дистанционные датчики

• Аварийное оборудование

• Товары с длительными сроками доставки

• Устройства, которые большую часть времени проводят во сне

Интеллектуальная система управления может предлагать режим пониженного энергопотребления или режим доставки, но ее поведение необходимо проверять. Важные характеристики включают в себя:

• Нормальный рабочий ток

• Ток сна

• Ток отключения

• Метод пробуждения

• Поведение в режиме хранения

• Восстановление после глубокого сна

Усовершенствованная схема, которая разряжает батарею во время хранения, может оказаться менее подходящей, чем более простой PCM, даже если она обеспечивает больше возможностей.

9. Подберите зарядное устройство к полному комплекту.

Зарядное устройство должно обеспечивать правильный профиль зарядки, ограничение напряжения и регулировку тока для выбранного химического состава и конфигурации элемента.

PCM или BMS обычно представляют собой защитный слой, а не обычный регулятор заряда.

Некоторые интегрированные решения совмещают функции зарядки и управления, но это должно быть подтверждено реальным проектом. Поставщик не должен предполагать, что плата контролирует зарядку только потому, что она называется BMS.

Подтверждать:

• Выходное напряжение зарядного устройства

• Диапазон зарядного тока

• Метод прекращения заряда

• Контроль температуры

• Поведение перед зарядкой

• Порог пополнения

• Требования к связи

• Поведение после отключения защиты

• Совместимость с трактом питания хоста

10. Определите поведение при сбое и восстановлении.

Защита — это не только про отключение аккумулятора. Команда, занимающаяся устройством, также должна понимать, что происходит потом.

Определять:

• Независимо от того, контролируются ли пути заряда и разряда отдельно

• Требуется ли зарядное устройство для восстановления

• Необходимо ли снимать нагрузку

• Является ли восстановление автоматическим

• Фиксируется ли постоянная неисправность

• Получает ли хост код неисправности

• Сохраняются ли сохраненные данные

• Может ли пользователь перезагрузить устройство

• Требуется ли вмешательство службы

Неожиданное поведение восстановления может привести к сбоям в работе, даже если схема защиты работает правильно.

Почему одного защитного имени недостаточно

Предложение, в котором указано только «В комплект входит PCM» или «В комплект входит BMS», является неполным.

Как минимум, поставщик должен указать:

• Поддерживаемая химия

• Количество серий

• Максимальное напряжение заряда

• Обнаружение перезаряда и восстановление напряжения

• Обнаружение переразряда и восстановление напряжения

• Порог перегрузки по току заряда

• Порог перегрузки по току разряда

• Реакция на короткое замыкание

• Возможность непрерывного тока

• Максимальный ток и продолжительность

• Функции контроля температуры

• Функции балансировки ячеек

• Текущее потребление

• Интерфейс связи

• Функция указателя уровня топлива

• Разъем и распиновка

• Поведение восстановления

• Физические размеры

Если требуется интеллектуальная BMS, в документации также могут потребоваться:

• Протокол связи

• Зарегистрировать карту

• Конфигурационный файл

• Версия прошивки

• Алгоритм состояния заряда

• Процесс калибровки

• Метод аутентификации

• Поведение при хранении данных

• Процедура обновления и контроля версий

Название платы — это только начало спецификации.

Распространенные ошибки выбора PCM и BMS

Информация, которую необходимо предоставить производителю LiPo-аккумуляторов

Полный запрос позволяет поставщику аккумуляторов рекомендовать PCM или BMS на основе устройства, а не стандартную плату.

Требования к батарее

• Номинальное напряжение

• Максимальное напряжение заряда

• Требуемая мощность

• Последовательная и параллельная конфигурация

• Предпочтительная клеточная химия

• Максимальные размеры батареи

• Максимальный вес

• Ожидаемый срок службы

• Температура эксплуатации и хранения

• Целевое время зарядки

Требования к нагрузке

• Типичный ток

• Максимальный непрерывный ток

• Пиковый ток

• Пиковая продолжительность

• Пусковой ток

• Ток остановки двигателя или пусковой ток нагревателя

• Ток сна

• Требуемое время выполнения

• Порог пониженного напряжения устройства

Требования защиты

• Защита от перезаряда

• Защита от переразряда

• Защита от перегрузки по току зарядки

• Защита от перегрузки по току

• Защита от короткого замыкания

• Измерение температуры

• Вторичный предохранитель или защитный слой

• Балансировка ячеек

• Требуемое поведение при восстановлении после сбоя

Требования к умной батарее

• Отображение процента заряда батареи

• Высокая точность

• Оценка состояния здоровья

• Количество циклов

• Расчет оставшегося времени выполнения

• Регистрация неисправностей

• Аутентификация батареи

• Протокол связи

• Требования к прошивке или регистрации

Требования к подключению

• Производитель и серия разъема

• Ответный разъем

• Количество контактов

• Распиновка

• Полярность

• Калибр проволоки

• Длина провода

• руководитель НТЦ

• Балансовое преимущество

• Провода связи

• Направление выхода кабеля

ЦЕРНЕ Специальные решения для литий-полимерных аккумуляторов могут интегрировать выбор элементов, функции PCM или BMS, измерение температуры, разъемы, проводку и структуру упаковки с учетом электрических и механических требований OEM-устройства.

Как проверить выбранную систему защиты

Выбранный PCM или BMS следует оценить сначала на уровне аккумуляторной батареи, а затем внутри конечного устройства.

Соответствующая проверка может включать:

• Совместимость зарядки

• Напряжение полной зарядки

• Обнаружение перезаряда

• Обнаружение переразряда

• Работа в постоянном токе

• Реакция на пиковый ток

• Поведение при запуске

• Реакция на короткое замыкание

• Повышение температуры МОП-транзистора

• Повышение температуры разъема

• Падение напряжения

• Точность датчика температуры

• Поведение при низких и высоких температурах

• Последовательно-групповое измерение напряжения

• Балансировка ячеек

• Высокая точность

• Стабильность связи

• Поведение во время сна и пробуждения

• Ток в режиме доставки

• Регистрация неисправностей

• Восстановление после отключения защиты

• Повторяющийся цикл зарядки-разрядки

• Длительное хранение

• Поведение при выключении устройства

При тестировании следует использовать готовые к производству элементы, межсоединения, провода, разъемы, материалы корпуса, встроенное ПО и настройки зарядного устройства.

Батарея, выдержавшая испытание током на открытом стенде, может вести себя по-другому внутри герметичного устройства. Тепловая среда и весь путь тока могут влиять на падение напряжения, температуру MOSFET, распределение тока и поведение отсечки.

Система контроля качества литий-полимерных аккумуляторов предоставляет дополнительную информацию о стабильности элементов, мониторинге процесса, электрической проверке и контроле готовой батареи.

Заключение

PCM и BMS могут защитить аккумулятор LiPo, но они предназначены для разных уровней ответственности системы.

PCM обычно обеспечивает необходимую защиту по напряжению, току и короткому замыканию в компактной и простой схеме. Это может подойти, когда устройство имеет предсказуемую нагрузку, не требует подробной информации о батарее и выполняет нормальную зарядку и выключение через другие части системы.

BMS становится более актуальной, когда батарея должна контролировать несколько групп серий, балансировать элементы, оценивать оставшуюся емкость, записывать неисправности, аутентифицировать аккумулятор или обмениваться данными с хост-устройством.

Выбор не должен основываться только на размере упаковки, мощности или количестве серий. Небольшому одноячеечному устройству может потребоваться интеллектуальное управление, тогда как более крупному пакету может потребоваться только четко определенная базовая защита. Аналогичным образом, ни этикетка PCM, ни этикетка BMS не гарантируют наличие определенных функций температуры, балансировки, измерения или связи.

Окончательная спецификация защиты должна соответствовать химическому составу элемента, профилю нагрузки, зарядному устройству, тракту тока, рабочей температуре, целевому режиму ожидания, программному обеспечению устройства и ожидаемому поведению при сбое. Подтверждение этих требований перед производством образцов помогает предотвратить нежелательные отключения, неточные отчеты об аккумуляторах, чрезмерный нагрев и модернизацию продукта на поздней стадии.

Часто задаваемые вопросы

В чем основная разница между PCM и BMS?

PCM в основном обеспечивает защиту от электрических неисправностей, тогда как BMS может сочетать защиту с мониторингом, балансировкой, оценкой состояния, диагностикой и связью. Точные функции различаются в зависимости от продукта, поэтому спецификация более надежна, чем название.

Нужен ли каждому аккумулятору LiPo PCM или BMS?

Перезаряжаемая литий-полимерная батарея требует соответствующей стратегии защиты на уровне системы. Защита может быть интегрирована в аккумуляторную батарею, устройство или другую сертифицированную схему, в зависимости от архитектуры продукта. Аккумулятор не следует использовать без проверенных средств контроля перезаряда, переразряда, перегрузки по току, короткого замыкания, зарядки и термоконтроля, соответствующих данному применению.

PCM — это то же самое, что и защитная плата?

Эти термины часто используются как взаимозаменяемые. Технически PCB относится к самой печатной плате, а PCM относится к полному модулю схемы защиты. Однако в коммерческих предложениях по батареям поставщики могут использовать PCM, печатную плату и защитную плату для аналогичных сборок.

Может ли PCM сбалансировать ячейки?

Некоторые модули многосотовой защиты включают балансировку, но многие базовые PCM ее не поддерживают. Если требуется балансировка, ее пусковое напряжение, ток, точность и условия эксплуатации должны быть указаны явно.

Может ли BMS заряжать аккумулятор LiPo?

Не обязательно. BMS может отслеживать или контролировать, разрешена ли зарядка, но требуемый профиль тока и напряжения обычно регулирует отдельное зарядное устройство. Некоторые интегральные схемы сочетают в себе функции зарядки и управления аккумулятором, поэтому фактическую архитектуру необходимо подтвердить.

Нужен ли аккумулятору 1S LiPo BMS?

Для базового пакета 1S может потребоваться только PCM, но BMS может подойти, если устройству требуется точная отчетность о состоянии заряда, измерение тока, связь, аутентификация, регистрация неисправностей или другие интеллектуальные функции.

Нужен ли аккумулятору 2S 2S BMS?

Ему необходима схема защиты и контроля, рассчитанная на две последовательно соединенные группы напряжений. Продукт может называться 2S BMS или 2S PCM, но он должен контролировать обе группы и соответствовать требованиям по химическому составу, току, зарядному напряжению и балансировке.

Всегда ли BMS безопаснее PCM?

Нет. Безопасность зависит от всей конструкции, номинальных характеристик компонентов, настроек защиты, качества элементов, зарядного устройства, проводки, разъема, механической конструкции и проверки. Правильно указанный PCM может оказаться более подходящим, чем плохо подобранный BMS.

Обеспечивает ли NTC защиту от температуры сам по себе?

Нет. NTC — это компонент, чувствительный к температуре. Зарядное устройство, главное устройство, PCM или BMS должны прочитать его и предпринять необходимые действия, когда температура превышает определенные пределы.

Как выбрать текущий рейтинг PCM или BMS?

Используйте максимальный непрерывный ток устройства, пиковый ток, пиковую продолжительность, ток запуска или остановки, зарядный ток и рабочую температуру. Также проверьте потери МОП-транзистора, расположение платы, провод, разъем, падение напряжения, пороги обнаружения и тепловые характеристики.

Какой вариант потребляет меньше энергии в режиме ожидания?

Базовый PCM обычно потребляет меньше энергии, чем многофункциональный BMS, но фактические значения значительно различаются. Сравните ток в рабочем режиме, режиме сна, выключении и режиме транспортировки, используя реальные характеристики схемы.

Можно ли настроить PCM или BMS для OEM-устройства?

Да. Пороги защиты, количество серий, допустимый ток, датчики температуры, балансировка, связь, уровень топлива, разъем, распиновка, длина провода, физические размеры и режим восстановления могут быть разработаны с учетом требований устройства.