PCM vs BMS för LiPo-batterier: Vilket skyddssystem behöver din enhet?

Ett li-polymerbatteri behöver mer än en lämplig spänning och kapacitet. Dess skyddssystem måste också matcha cellkemin, serieräkning, belastningsström, laddningsmetod, driftstemperatur och den information som krävs av värdenheten.

Två termer förekommer ofta i batterispecifikationerna: PCM, eller Protection Circuit Module, och BMS, eller Battery Management System.

En PCM fokuserar vanligtvis på väsentligt felskydd, såsom överladdning, överurladdning, överström och kortslutningsavbrott. Ett BMS kan ge samma skydd samtidigt som det lägger till funktioner som cellgruppsövervakning, balansering, uppskattning av laddningstillstånd, dataloggning och kommunikation.

Den distinktionen är användbar, men den är inte absolut. Ett sofistikerat encellspaket kan behöva ett BMS, medan en flercellsenhet kan använda ett relativt enkelt skyddskort. Leverantörer kan också använda PCM, PCB, skyddskort och BMS på olika sätt.

Rätt val beror därför på vilka funktioner din enhet behöver – inte bara på vad kretsen heter.

Den här guiden jämför PCM- och BMS-funktioner, förklarar när varje tillvägagångssätt kan vara lämpligt och ger en praktisk process för att specificera skydd för ett litiumpolymerbatteri.

Viktiga takeaways

• En PCM är i första hand utformad för att koppla bort batteriet vid definierade elektriska fel.

• Ett BMS kombinerar vanligtvis skydd med bredare övervaknings-, uppskattnings-, balanserings-, kontroll- eller kommunikationsfunktioner.

• PCM och BMS är inte universellt standardiserade produktkategorier.

• Kretsens faktiska specifikation är viktigare än namnet tryckt på en ritning eller offert.

• Ett encellspaket kan fortfarande behöva ett BMS när enheten kräver exakt batteriprocent, autentisering, diagnostik eller kommunikation.

• Ett flerseriepaket kräver individuell seriegruppövervakning, även om dess skyddskort kallas PCM.

• Cellbalansering är relevant för seriekopplade spänningsgrupper, inte för ett konventionellt 1S-paket.

• Varken en PCM eller en BMS ska automatiskt behandlas som batteriladdare.

• Överströmsutlösningsvärden är inte detsamma som säkra kontinuerliga strömvärden.

• Högspänningsceller kräver skydds- och laddningströsklar anpassade till deras faktiska kemi.

• Temperaturskydd är endast närvarande när den nödvändiga sensorn, tröskelvärdena och styrvägen ingår.

• Storlek, standbyström, kostnad, nuvarande kapacitet och kommunikationskrav bör utvärderas tillsammans.

• Testning på förpackningsnivå och enhetsnivå krävs innan skyddsdesignen godkänns för produktion.

Vad är en PCM i ett LiPo-batteripaket?

PCM står för Protection Circuit Module . Det beskrivs också vanligtvis som ett skyddskort eller skyddskretskort.

En typisk PCM innehåller en skydds-IC, laddnings- och urladdnings-MOSFET, motstånd, kondensatorer och ledande banor för att bära batteriström. Beroende på designen kan den också innehålla ett strömavkänningselement, säkring, NTC-gränssnitt eller andra komponenter.

Dess huvudsakliga syfte är att förhindra att cellen eller paketet förblir i specificerade onormala elektriska förhållanden.

Vanliga PCM-funktioner

En grundläggande PCM kan ge:

• Överladdnings-spänningsskydd

• Överurladdningsspänningsskydd

• Urladdning överströmsskydd

• Ladda överströmsskydd

• Kortslutningsskydd

• Ladda och ladda ur MOSFET-kontroll

• Återställning efter ett feltillstånd

Ytterligare funktioner kan inkludera:

• Temperaturavkänning

• Sekundärt överspänningsskydd

• En termisk säkring

• Förpackningsidentifiering

• Försenad feldetektering

• Separata laddnings- och urladdningskontrollvägar

Alla skyddsmoduler innehåller inte alla dessa funktioner. Till exempel kan ett batteri ha en NTC-ledning som läses av laddaren eller värdenheten snarare än av PCM själv.

Vad en Basic PCM vanligtvis inte ger

En konventionell skyddsmodul erbjuder normalt inte avancerade funktioner som:

• Korrekt rapportering av kostnaderna

• Uppskattning av hälsotillstånd

• Cykelräkning

• Förutsägelse av återstående körtid

• Händelse- eller felloggning

• Cellbalanserande kontroll

• Digital kommunikation

• Batteriautentisering

• Fältkonfigurerbar firmware

• Detaljerade diagnostiska data

Dessa funktioner kräver ytterligare mätkretsar, algoritmer, minne eller kommunikationsgränssnitt.

En PCM kan därför skydda ett batteri utan att tala om för enheten hur mycket användbar energi som återstår eller varför en tidigare avstängning inträffade.

Vad är en BMS?

BMS står för Battery Management System . Det hänvisar till en bredare kombination av batteriövervakning, skydd, kontroll och datahanteringsfunktioner.

En BMS kan implementeras med hjälp av en dedikerad batterihanterings-IC, en bränslemätare, en mikrokontroller, ström- och temperatursensorer, balanseringskretsar, MOSFET, minne och kommunikationskomponenter. Den exakta arkitekturen beror på antalet celler och enhetskraven.

För en bredare introduktion till dessa funktioner förklarar ZERNEs guide hur ett batterihanteringssystem övervakar och skyddar ett batteripaket.

Vanliga BMS-funktioner

Beroende på designen kan en BMS tillhandahålla:

• Cell- eller seriegruppsspänningsövervakning

• Pack-spänningsövervakning

• Laddnings- och urladdningsströmmätning

• Temperaturövervakning

• Överladdnings- och överladdningsskydd

• Överströms- och kortslutningsskydd

• Passiv eller aktiv cellbalansering

• Uppskattning av laddningstillstånd

• Uppskattning av hälsotillstånd

• Beräkning av återstående kapacitet

• Cykelräkning

• Fel- och händelseloggning

• Batteriautentisering

• Laddnings- och urladdningskontroll

• Kommunikation med värdenheten eller laddaren

• Konfigurerbara skyddströsklar

• Sömn-, standby- och väckningshantering

Ett BMS inkluderar inte automatiskt alla funktioner i denna lista. Vissa system ger skydd och balansering men ingen bränslemätare. Andra ger korrekt information om laddningstillstånd men förlitar sig på ett separat skydd som ett sekundärt säkerhetslager.

De nödvändiga funktionerna måste uttryckligen anges i batterispecifikationen.

PCM vs BMS: Den viktigaste skillnaden

Den praktiska skillnaden är en av omfattningen.

En PCM frågar främst:

Har batteriet hamnat i ett definierat elektriskt feltillstånd och ska laddning eller urladdning kopplas bort?

En BMS kan också fråga:

Vad händer inuti förpackningen, hur mycket energi finns kvar, hur åldras cellerna och vilken information eller åtgärd kräver enheten?

Detta betyder inte att en PCM är osäker eller att en BMS alltid är överlägsen. En väldesignad PCM kan vara helt lämplig för en kompakt 1S-produkt med enkla driftkrav. Ett onödigt komplext hanteringssystem kan lägga till kostnader, kretsarea, utvecklingstid, standby-förbrukning och mjukvaruintegreringsarbete utan att förbättra användarupplevelsen.

Målet är att välja den enklaste arkitekturen som uppfyller alla el-, säkerhets-, diagnos- och produktkrav med lämplig designmarginal.

PCM vs BMS jämförelse

Den här tabellen beskriver vanlig branschpraxis snarare än en universell namnstandard. En produkt märkt 'BMS' kan erbjuda endast grundläggande avstängningsskydd, medan ett avancerat kort märkt 'PCM' kan inkludera temperaturövervakning eller balansering.

Jämför alltid funktionsspecifikationen, kretsklassificeringen och testkraven.

Hur PCM- och BMS-skyddsfunktioner fungerar

PCM- och BMS-designer kan dela flera kärnskyddsfunktioner. Den största skillnaden är hur mycket de övervakar och vad de gör med den insamlade informationen.

Överladdningsskydd

Överladdningsskydd övervakar om en cell eller seriegrupp överskrider en definierad spänningströskel under laddning.

Om tröskeln överskrids under den angivna fördröjningstiden kan skyddskretsen stänga av laddnings-MOSFET och avbryta laddningen.

Tre värden bör särskiljas:

• Normal laddare avslutningsspänning

• Skyddsdetekteringsspänning

• Skyddsåtervinningsspänning

Överladdningströskeln bör inte användas som det normala laddningsmålet. Det är en felgräns avsedd att reagera när normal laddningsreglering har misslyckats eller ett onormalt tillstånd har inträffat.

Till exempel kräver en konventionell 4,2 V-cell och en högspänningscell designad för 4,35 V eller 4,4 V olika laddnings- och skyddsparametrar. En produkt som använder högspänningslitiumpolymerbatterier måste använda tröskelvärden som är anpassade till den valda cellen snarare än ett generiskt litiumbatteriskyddskort.

Överurladdningsskydd

Överurladdningsskydd kopplar bort lasten när den övervakade spänningen faller under en definierad gräns.

Denna funktion hjälper till att förhindra att cellen förblir under överdriven urladdning. Normal enhetsavstängning bör dock i allmänhet ske innan skyddskretsen når sin tröskel för nödavstängning.

Om enheten rutinmässigt fungerar tills PCM eller BMS kopplar bort paketet, kan batteriet uppleva:

• Plötslig avstängning av enheten

• Minskad användbar livslängd

• Upprepad lågspänningsbelastning

• Svårighet att starta om under belastning

• Felaktig batteriprocentrapportering

• Återställningsproblem när cellspänningen är mycket låg

Värdenhetens underspänningsstrategi och skyddströskeln bör därför samordnas.

Överströmsskydd

Överströmsskydd reagerar när laddnings- eller urladdningsström överstiger en definierad detekteringsnivå under en specificerad period.

Inställningen måste rymma giltiga laddningshändelser som:

• Processorstart

• Radiosändningsskurar

• Motorstart

• Motorstopp

• Pumpaktivering

• Värmeinlopp

• Kondensatorladdning

• LED- eller displaystart

• Tillfällig toppeffekt

En för låg tröskel kan orsaka störande avstängningar. Ett tröskelvärde som är för högt kan misslyckas med att skydda cellen, MOSFET:er, sammankopplingar, ledningar eller anslutningar tillräckligt.

Sambandet mellan batterikapacitet och urladdningsförmåga diskuteras vidare i guiden till LiPo batteri C klassificering.

Kortslutningsskydd

Kortslutningsskydd reagerar på en mycket hög ström eller en snabb spänningsförändring som överensstämmer med ett lågresistansfel.

Dess funktion beror på mer än det aktuella värdet. Relevanta designparametrar inkluderar:

• Detektionsmetod

• Detektionströskel

• Svarsfördröjning

• MOSFET kopplingstid

• Strömvägsmotstånd

• Felloopinduktans

• Återvinningsmetod

• Kopplingsbeteende

• Cell felströmskapacitet

En etikett som anger 'kortslutningsskydd' bevisar inte att paketet kommer att bete sig korrekt vid alla möjliga yttre fel. Den färdiga monteringen behöver fortfarande definierad feltestning.

Temperaturskydd

Temperaturskydd kan använda en eller flera NTC-termistorer, IC-temperatursensorer eller andra avkänningselement.

Sensorn kan övervakas av:

• Skyddskretsen

• BMS

• Laddaren

• Värdenheten

• Mer än ett system

Specifikationen ska identifiera vilket system som läser av sensorn och vilket system som kan stoppa laddning eller urladdning.

Temperaturgränserna kan skilja sig åt för:

• Laddar

• Kontinuerlig urladdning

• Topp urladdning

• Lagring

• Lågtemperaturdrift

• Högtemperaturdrift

Ett batteri med en NTC-ledning har inte automatiskt temperaturavstängning. NTC får endast lämna information till en annan personuppgiftsansvarig.

Cellbalansering

Balansering begränsar spänningsskillnader mellan seriekopplade grupper.

En grundläggande passiv balanseringskrets tar bort en liten mängd laddning från en grupp med högre spänning under laddning. Mer avancerade system kan styra balanseringen enligt spänning, laddningstillstånd, temperatur eller drifttillstånd.

Balansering krävs inte mellan seriegrupper i ett konventionellt 1S-paket eftersom det bara finns en spänningsgrupp. Ett 1S2P-paket behandlas också som en spänningsgrupp, även om dess parallella celler fortfarande måste vara nära matchade.

Balansering kan inte repareras:

• En skadad cell

• Allvarlig kapacitetsförlust

• Hög självurladdning

• Dålig svetsning

• Stora motståndsskillnader

• En felaktig paketkonfiguration

• En olämplig laddare

Ett paket som upprepade gånger utvecklar betydande obalans kräver utredning snarare än enbart en högre balanseringsström.

En PCM är vanligtvis lämplig när...

En PCM kan vara lämplig när produkten har relativt enkla batterikrav.

Typiska tillstånd inkluderar:

• Paketet har en seriespänningsgrupp

• Enheten kräver inte korrekt batteriprocentrapportering

• Ingen digital kommunikation behövs

• Värdsystemet hanterar redan användargränssnittet och normal avstängning

• Grundläggande spännings-, ström- och kortslutningsskydd är tillräckligt

• Temperaturen övervakas av laddaren eller värdenheten

• Kretsstorleken är mycket begränsad

• Mycket låg standby-förbrukning är viktigt

• Batteriet är inte avsett att tillhandahålla service eller diagnostiska data

• Skyddströsklar kan förbli fasta

• Lastprofilen är förutsägbar och har validerats

Möjliga applikationer inkluderar kompakta sensorer, grundläggande spårare, enkla belysningsprodukter, små konsumentelektronik och andra enheter som behöver pålitlig felavstängning utan smarta batterifunktioner.

Ordet 'enkel' syftar på förvaltningskraven, inte till applikationens betydelse. En liten enhet kan fortfarande kräva sofistikerad övervakning om feldetektering, korrekt körtidsinformation eller spårbarhet är viktigt.

En BMS är vanligtvis att föredra när...

Ett bredare hanteringssystem kan vara lämpligt när enheten kräver funktioner utöver det grundläggande avstängningsskyddet.

Vanliga orsaker inkluderar:

• Paketet innehåller flera seriekopplade grupper

• Individuella gruppspänningar måste övervakas

• Cellbalansering krävs

• Enheten visar en korrekt batteriprocent

• Återstående körtid måste uppskattas

• Värdenheten behöver data om batterispänning, ström eller temperatur

• Paketet ska rapportera fel

• Cykelräkning eller hälsotillstånd krävs

• Batteriautentisering krävs

• Laddningssystemet kommunicerar med paketet

• Skyddsinställningarna måste vara konfigurerbara

• Applikationen använder ett fältutbytbart smart batteri

• Paketet stöder flera driftslägen

• Produkten kräver servicediagnostik eller händelseregister

• Enheten har en variabel eller krävande lastprofil

• Systemet måste samordna batteriets beteende med andra delsystem

Dessa krav förekommer ofta i handterminaler, medicinsk elektronik, robotik, industriinstrument, bärbar testutrustning, kommunikationsenheter och anslutna produkter.

Behöver varje 1S LiPo-batteri bara en PCM?

Inga.

Ett 1S-paket har bara en seriespänningsgrupp, så det behöver inte balanseras mellan seriekopplade celler. Detta minskar kretsens komplexitet, men det eliminerar inte behovet av hanteringsfunktioner.

Ett encellsbatteri kan fortfarande behöva en BMS eller smart batterikrets när enheten kräver:

• Korrekt rapportering av kostnaderna

• Uppskattning av återstående körtid

• Strömmätning

• Cykelräkning

• Spårning av hälsotillstånd

• Felhistorik

• Batteriautentisering

• Digital kommunikation

• Konfigurerbart skydd

• Flera temperaturmätningar

Till exempel kan en ansluten medicinsk utrustning och en enkel LED-produkt båda använda en 3,7 V-påsecell. Deras batterispänning kan vara densamma, men deras krav på övervakning, diagnostik och tillförlitlighet är mycket olika.

Enbart serieräkning bör inte avgöra skyddsarkitekturen.

Behöver alla flerseriepaket ett BMS?

Ett batteri i flera serier kräver skydd som övervakar varje seriekopplad spänningsgrupp. Att endast övervaka den totala packspänningen är inte tillräckligt.

Till exempel kan ett 2S-paket med en total spänning på 8,0 V innehålla:

• Två grupper på 4,0 V vardera

• En grupp på 4,15 V och en på 3,85 V

• En grupp på 4,25 V och en på 3,75 V

Samma totalspänning kan dölja en grupp som har överskridit sin tillåtna gräns.

Ett relativt enkelt flercellsskyddskort kan ge individuell spänningsdetektering utan att erbjuda kommunikation, bränslemätning eller avancerad diagnostik. Vissa leverantörer kallar denna krets en multicell PCM, medan andra kallar den en grundläggande BMS.

De väsentliga kraven är att det:

• Matchar det exakta antalet serier

• Övervakar varje seriegrupp

• Använder korrekta spänningströsklar

• Stöder den nödvändiga strömmen

• Svarar korrekt på obalans

• Ger balansering om designen kräver det

• Matchar laddarens och cellkemin

• Har lämplig temperatur och felbeteende

Funktionsspecifikationen har större betydelse än om offerten använder PCM eller BMS.

Enhetsexempel: PCM eller BMS?

Dessa är utgångspunkter, inte slutliga recept. Enhetens riskbedömning, driftsprofil, tillämpliga standarder, laddararkitektur och packkonstruktion kan ändra valet.

Hur man väljer mellan en PCM och BMS

1. Bekräfta cellkemi och spänningsgränser

Dokumentera:

• Cellkemi

• Nominell spänning

• Maximal laddningsspänning

• Rekommenderad utsläppsgräns

• Antal seriegrupper

• Antal parallella celler per grupp

• Laddningsströmgräns

• Kontinuerlig urladdningsförmåga

• Topp urladdningsförmåga

• Tillåtet temperaturområde

Välj inte ett skyddskort från etiketten '3,7 V batteri' enbart. Celler med liknande nominella spänningar kan använda olika maximala laddningsgränser.

2. Definiera enhetsladdningsprofilen

Mät eller uppskatta:

• Sömnström

• Standbyström

• Typisk ström

• Maximal kontinuerlig ström

• Toppström

• Topplängd

• Startström

• Motorstoppström

• Repeterande pulsström

• Felström

• Laddström

Korta belastningspulser kan påverka skyddsvalet även när medelströmmen är låg.

En trådlös tracker, till exempel, kan tillbringa större delen av sin tid i ett lågeffektstillstånd och sedan dra en kort strömpuls under dataöverföring. PCM eller BMS måste tillåta den giltiga pulsen utan överdrivet spänningsfall eller störande avbrott.

3. Bestäm vad enheten behöver veta

Fråga om värdenheten bara behöver ström eller även batteriinformation.

Möjliga datakrav inkluderar:

• Packspänning

• Individuell gruppspänning

• Nuvarande

• Temperatur

• Betalningsstat

• Återstående kapacitet

• Återstående körtid

• Hälsotillstånd

• Antal cykler

• Felkod

• Batteriidentitet

• Tillverkningsdata

Om enheten bara behöver en varning för låg batteriladdning kan det räcka med en värd-ADC. Om den måste visa tillförlitlig batteriprocent under varierande belastningar och temperaturer, kan en bränslemätarfunktion vara nödvändig.

4. Bestäm om kommunikation krävs

En smart BMS kan kommunicera genom:

• I²C

• SMBus

• UART

• BURK

• RS-485

• Ett egenutvecklat enkeltrådsgränssnitt

• Ytterligare ett produktspecifikt protokoll

Gränssnittet måste komma överens om tidigt eftersom det påverkar batterikontakten, antal stift, värdprogramvara, testprocess och ersättningsstrategi.

Enbart protokollnamnet räcker inte. Enhetsteamet och batterileverantören bör också definiera:

• Datafält

• Adressering

• Uppdateringshastighet

• Uppvaknande beteende

• Felhantering

• Kommandobehörigheter

• Ägande av firmware

• Kompatibilitet mellan revisioner

5. Definiera ansvar för temperaturavkänning

Specificera:

• Antal temperaturgivare

• Sensortyp och motstånd

• Sensorplacering

• Laddningstemperaturgränser

• Utloppstemperaturgränser

• Återhämtningstemperaturer

• Vilken styrenhet läser av varje sensor

• Vilken kontroll som kan sluta ladda

• Vilken styrenhet kan sluta ladda ur

En kompakt förpackning kan använda en NTC nära cellkroppen. En enhet med större eller högre ström kan behöva separata sensorer nära cellerna och skyddskomponenterna.

6. Utvärdera serie-gruppövervakning och balansering

För multi-serie konfigurationer, bestäm:

• Antal övervakade grupper

• Spänningsmätningsnoggrannhet

• Överladdnings- och överladdningströsklar

• Detektionsfördröjning

• Återhämtningsbeteende

• Tillåten gruppspänningsskillnad

• Balanserande startspänning

• Balanserande ström

• Balanseringsförhållanden

• Felbeteende när en avkänningskabel kopplas bort

Balansering bör väljas enligt cellkonsistens, serieantal, laddningsmetod, förväntat åldrande och driftsprofil.

7. Kontrollera den verkliga strömvägen

Välj inte en bräda endast efter dess annonserade aktuella.

Den användbara strömmen beror på:

• MOSFET på-motstånd

• Antal och arrangemang av MOSFET:er

• PCB koppartjocklek

• Strömavkänningsmotstånd

• Flik- och svetsmotstånd

• Trådmått och längd

• Kontaktresistans

• Kylningsförhållanden

• Kapslingstemperatur

• Topplängd

• Skyddstidpunkt

Ett skyddskort som beskrivs som '10 A' kanske inte kan bära 10 A kontinuerligt inuti en förseglad kompakt enhet utan överdriven temperaturhöjning.

Den aktuella klassificeringen måste valideras i den avsedda förpackningen och kapslingen.

8. Överväg Standby Power

Både PCM- och BMS-kretsar förbrukar energi.

Detta blir särskilt viktigt i:

• Celler med låg kapacitet

• Långlagringsprodukter

• Spårningsenheter

• Fjärrsensorer

• Nödutrustning

• Produkter med långa leveranstider

• Enheter som tillbringar större delen av sin tid i sömn

Ett smart hanteringssystem kan erbjuda ett lågenergi- eller fraktläge, men dess beteende måste verifieras. Viktiga specifikationer inkluderar:

• Normal driftström

• Sömnström

• Avstängningsström

• Uppvakningsmetod

• Storage-mode beteende

• Återhämtning efter djup sömn

En avancerad krets som dränerar batteriet under lagring kan vara mindre lämplig än en enklare PCM, även om den ger fler funktioner.

9. Matcha laddaren med det kompletta paketet

Laddaren bör ge korrekt laddningsprofil, spänningsgräns och strömreglering för den valda cellkemin och konfigurationen.

PCM eller BMS är i allmänhet ett skyddande lager, inte den normala laddningsregulatorn.

Vissa integrerade lösningar kombinerar laddnings- och hanteringsfunktioner, men detta måste bekräftas från själva designen. En leverantör ska inte utgå ifrån att ett kort kontrollerar laddningen bara för att det kallas BMS.

Bekräfta:

• Laddarens utspänning

• Laddningsströmintervall

• Metod för uppsägning av avgifter

• Temperaturkontroll

• Förladdningsbeteende

• Uppladdningströskel

• Kommunikationskrav

• Beteende efter skyddsavbrott

• Kompatibilitet med värdkraftsvägen

10. Definiera fel och återställningsbeteende

Skydd handlar inte bara om när batteriet kopplas ur. Enhetsteamet måste också förstå vad som händer efteråt.

Definiera:

• Huruvida laddnings- och urladdningsvägar styrs separat

• Om en laddare krävs för återställning

• Om lasten måste tas bort

• Om återställning sker automatiskt

• Om ett permanent fel är låst

• Om värden får en felkod

• Huruvida lagrad data behålls

• Om användaren kan starta om enheten

• Om serviceingripande krävs

Oväntat återställningsbeteende kan skapa fältfel även när skyddskretsen fungerar korrekt.

Varför bara skyddsnamnet inte räcker

En offert som endast anger 'PCM ingår' eller 'BMS ingår' är ofullständig.

Åtminstone bör leverantören identifiera:

• Stöd kemi

• Antal serier

• Maximal laddningsspänning

• Överladdningsdetektering och återvinningsspänning

• Överurladdningsdetektering och återvinningsspänning

• Överströmströskel för laddning

• Överströmströskel för urladdning

• Kortslutningssvar

• Kontinuerlig strömkapacitet

• Toppströmskapacitet och varaktighet

• Temperaturövervakningsfunktioner

• Cellbalanserande funktioner

• Nuvarande förbrukning

• Kommunikationsgränssnitt

• Bränslemätare funktion

• Kontakt och stift

• Återhämtningsbeteende

• Fysiska dimensioner

Om ett smart BMS krävs kan dokumentationen också behöva:

• Kommunikationsprotokoll

• Registrera karta

• Inställningsfil

• Firmware version

• Algoritm för laddningstillstånd

• Kalibreringsprocess

• Autentiseringsmetod

• Datalagringsbeteende

• Uppdatering och revisionskontrollprocedur

Namnet på tavlan är bara början på specifikationen.

Vanliga val av PCM och BMS misstag

Information att ge till en LiPo-batteritillverkare

En fullständig begäran låter batterileverantören rekommendera en PCM eller BMS baserat på enheten snarare än ett generiskt kort.

Batterikrav

• Nominell spänning

• Maximal laddningsspänning

• Erforderlig kapacitet

• Serie och parallell konfiguration

• Föredragen cellkemi

• Maximala batterimått

• Viktgräns

• Förväntad cykellivslängd

• Drifts- och lagringstemperatur

• Mål för laddningstid

Belastningskrav

• Typisk ström

• Maximal kontinuerlig ström

• Toppström

• Topplängd

• Startström

• Motorstopp eller startström för värmare

• Sömnström

• Krävd körtid

• Enhetens underspänningströskel

Skyddskrav

• Överladdningsskydd

• Överurladdningsskydd

• Ladda överströmsskydd

• Urladdning överströmsskydd

• Kortslutningsskydd

• Temperaturavkänning

• Sekundär säkring eller skyddsskikt

• Cellbalansering

• Krävs felåterställningsbeteende

Smarta batterikrav

• Visning av batteriprocent

• Tillståndsnoggrannhet

• Uppskattning av hälsotillstånd

• Antal cykler

• Beräkning av återstående körtid

• Felloggning

• Batteriautentisering

• Kommunikationsprotokoll

• Firmware eller registerkrav

Anslutningskrav

• Kontakttillverkare och serie

• Matchande kontakt

• Pin count

• Pinout

• Polaritet

• Trådmätare

• Trådlängd

• NTC leder

• Balansledning

• Kommunikationsledningar

• Kabelutgångsriktning

ZERNE's anpassade Li-polymer batterilösningar kan integrera cellval, PCM- eller BMS-funktioner, temperaturavkänning, kontakter, ledningar och packstruktur kring de elektriska och mekaniska kraven för en OEM-enhet.

Hur man validerar det valda skyddssystemet

Den valda PCM eller BMS bör utvärderas först på batterinivå och sedan inuti den slutliga enheten.

Relevant verifiering kan inkludera:

• Laddningskompatibilitet

• Fulladdad spänning

• Överladdningsdetektering

• Överurladdningsdetektering

• Kontinuerlig strömdrift

• Toppströmsvar

• Startbeteende

• Kortslutningssvar

• MOSFET temperaturhöjning

• Kontaktens temperaturökning

• Spänningsfall

• Temperatursensornoggrannhet

• Låg- och högtemperaturbeteende

• Serie-grupp spänningsmätning

• Cellbalansering

• Tillståndsnoggrannhet

• Kommunikationsstabilitet

• Sömn och uppvaknande beteende

• Leveransläge ström

• Felloggning

• Återhämtning efter skyddsavbrott

• Upprepad laddning-urladdningscykling

• Långtidsförvaring

• Enhetens avstängningsbeteende

Testning bör använda produktionsavsedda celler, sammankopplingar, ledningar, kontakter, höljesmaterial, firmware och laddarinställningar.

Ett batteri som klarar ett strömtest med öppen bänk kan bete sig annorlunda inuti en förseglad enhet. Den termiska miljön och den fullständiga strömbanan kan påverka spänningsfall, MOSFET-temperatur, strömdelning och brytningsbeteende.

De Kvalitetskontrollsystem för Li-polymerbatterier ger ytterligare information om cellkonsistens, processövervakning, elektrisk verifiering och kontroll av färdigt batteri.

Slutsats

En PCM och en BMS kan båda skydda ett LiPo-batteri, men de är designade för olika nivåer av systemansvar.

En PCM ger vanligtvis väsentligt spännings-, ström- och kortslutningsskydd i en kompakt krets med låg komplexitet. Den kan vara lämplig när enheten har en förutsägbar belastning, inte kräver detaljerad batteriinformation och hanterar normal laddning och avstängning genom andra delar av systemet.

En BMS blir mer relevant när batteriet måste övervaka flera seriegrupper, balansera celler, uppskatta återstående kapacitet, registrera fel, autentisera paketet eller kommunicera med värdenheten.

Valet bör inte baseras enbart på förpackningsstorlek, kapacitet eller serieantal. En liten encellsenhet kan kräva smart hantering, medan ett större paket bara behöver väldefinierat grundläggande skydd. På samma sätt garanterar varken PCM- eller BMS-etiketten specifika temperatur-, balanserings-, mätnings- eller kommunikationsfunktioner.

Den slutliga skyddsspecifikationen bör matcha cellkemin, belastningsprofilen, laddaren, strömvägen, driftstemperaturen, standby-målet, enhetens programvara och förväntat felbeteende. Att bekräfta dessa krav innan provproduktionen hjälper till att förhindra störande avstängningar, felaktig batterirapportering, överdriven uppvärmning och produktomformning i sent skede.

Vanliga frågor

Vad är den största skillnaden mellan en PCM och en BMS?

En PCM ger huvudsakligen skydd mot elektriska fel, medan en BMS kan kombinera skydd med övervakning, balansering, tillståndsuppskattning, diagnostik och kommunikation. De exakta funktionerna varierar mellan produkterna, så specifikationen är mer tillförlitlig än namnet.

Behöver varje LiPo-batteri ett PCM eller BMS?

Ett uppladdningsbart litiumpolymerbatteri kräver en lämplig skyddsstrategi på systemnivå. Skyddet kan vara integrerat i batteripaketet, enheten eller annan kvalificerad krets, beroende på produktarkitekturen. Cellen bör inte användas utan validerad överladdning, överurladdning, överström, kortslutning, laddning och termiska kontroller som är lämpliga för applikationen.

Är ett PCM detsamma som ett skyddskretskort?

Termerna används ofta omväxlande. PCB hänvisar tekniskt till själva kretskortet, medan PCM hänvisar till hela skyddskretsmodulen. I kommersiella batteriofferter kan dock leverantörer använda PCM, PCB och skyddskort för liknande sammansättningar.

Kan en PCM balansera celler?

Vissa flercellsskyddsmoduler inkluderar balansering, men många grundläggande PCM:er gör det inte. Om balansering krävs, bör dess startspänning, ström, noggrannhet och driftsförhållanden specificeras uttryckligen.

Kan en BMS ladda ett LiPo-batteri?

Inte nödvändigtvis. En BMS kan övervaka eller kontrollera om laddning är tillåten, men en separat laddare reglerar vanligtvis den erforderliga ström- och spänningsprofilen. Vissa integrerade kretsar kombinerar laddnings- och batterihanteringsfunktioner, så den faktiska arkitekturen måste bekräftas.

Behöver ett 1S LiPo-batteri ett BMS?

Ett grundläggande 1S-paket behöver kanske bara en PCM, men ett BMS kan vara lämpligt om enheten kräver korrekt laddningsrapportering, strömmätning, kommunikation, autentisering, felloggning eller andra smarta funktioner.

Behöver ett 2S-batteri ett 2S BMS?

Den behöver en skydds- och övervakningskrets utformad för två seriekopplade spänningsgrupper. Produkten kan kallas en 2S BMS eller en 2S PCM, men den måste övervaka båda grupperna och matcha kraven på kemi, ström, laddningsspänning och balansering.

Är ett BMS alltid säkrare än ett PCM?

Nej. Säkerheten beror på den fullständiga designen, komponentklassificeringar, skyddsinställningar, cellkvalitet, laddare, ledningar, kontakt, mekanisk konstruktion och validering. En korrekt specificerad PCM kan vara mer lämplig än en dåligt matchad BMS.

Ger en NTC temperaturskydd i sig själv?

Nej. En NTC är en temperaturavkännande komponent. Laddaren, värdenheten, PCM eller BMS måste läsa den och vidta nödvändiga åtgärder när temperaturen överskrider de definierade gränserna.

Hur ska jag välja aktuell klassificering av en PCM eller BMS?

Använd enhetens maximala kontinuerliga ström, toppström, topplängd, start- eller stoppström, laddningsström och driftstemperatur. Kontrollera även MOSFET-förluster, kortlayout, ledning, kontakt, spänningsfall, detektionströsklar och termisk prestanda.

Vilket alternativ förbrukar mindre standby-ström?

En grundläggande PCM förbrukar i allmänhet mindre ström än en funktionsrik BMS, men de faktiska värdena varierar avsevärt. Jämför drift-, vilo-, avstängnings- och fraktlägesström med de verkliga kretsspecifikationerna.

Kan PCM eller BMS anpassas för en OEM-enhet?

Ja. Skyddströsklar, serieräkning, strömkapacitet, temperatursensorer, balansering, kommunikation, bränslemätning, kontakt, pinout, trådlängd, fysiska dimensioner och återhämtningsbeteende kan utformas utifrån enhetens krav.