PCM проти BMS для акумуляторів LiPo: яка система захисту потрібна вашому пристрою?

Для літій-полімерної батареї потрібна не тільки відповідна напруга та ємність. Його система захисту також має відповідати хімічному складу елемента, кількості серій, струму навантаження, методу заряджання, робочій температурі та інформації, яка потрібна головному пристрою.

У специфікаціях батареї часто зустрічаються два терміни: PCM, або модуль схеми захисту, і BMS, або система керування батареєю.

PCM зазвичай зосереджується на важливому захисті від несправностей, наприклад, від перезаряду, надмірного розряду, перевантаження по струму та короткого замикання. BMS може забезпечувати такий самий захист, додаючи такі функції, як моніторинг групи сот, балансування, оцінка стану заряду, реєстрація даних і зв’язок.

Це розрізнення корисне, але воно не є абсолютним. Для складної однокомпонентної упаковки може знадобитися BMS, тоді як для багатокомпонентної збірки може використовуватися відносно проста захисна плата. Постачальники також можуть по-різному використовувати PCM, PCB, захисну плату та BMS.

Тому правильний вибір залежить від функцій, які потрібні вашому пристрою, а не лише від того, як називається схема.

У цьому посібнику порівнюються функції PCM і BMS, пояснюється, коли кожен підхід може бути доречним, і надається практичний процес визначення захисту для літій-полімерної батареї.

Ключові висновки

• PCM в основному призначений для відключення батареї під час певних електричних несправностей.

• BMS зазвичай поєднує захист із ширшими функціями моніторингу, оцінки, балансування, контролю або зв’язку.

• PCM і BMS не є універсально стандартизованими категоріями продуктів.

• Фактична специфікація схеми важливіша, ніж назва, надрукована на кресленні чи цитаті.

• Однокомпонентний блок все ще може потребувати BMS, коли пристрій вимагає точного відсотка заряду батареї, автентифікації, діагностики або зв’язку.

• Багатосерійний пакет потребує індивідуального моніторингу серійної групи, навіть якщо його захисна плата називається PCM.

• Балансування осередків актуальне для послідовно з’єднаних груп напруги, а не для звичайного блоку 1S.

• Ані PCM, ані BMS не слід автоматично розглядати як зарядний пристрій.

• Значення спрацьовування при перевищенні струму не є тим самим, що безпечні номінальні значення постійного струму.

• Для елементів високої напруги потрібен захист і пороги заряду, які відповідають їх фактичному хімічному складу.

• Захист від температури присутній лише тоді, коли включено необхідний датчик, пороги та шлях керування.

• Розмір, резервний струм, вартість, поточні можливості та вимоги до зв’язку слід оцінювати разом.

• Перед тим, як проект захисту буде схвалено для виробництва, необхідно провести тестування на рівні упаковки та на рівні пристрою.

Що таке PCM в акумуляторі LiPo?

PCM означає Protection Circuit Module . Його також зазвичай називають захисною платою або платою захисту.

Типовий PCM містить мікросхему захисту, МОП-транзистори заряду та розряду, резистори, конденсатори та провідні шляхи для перенесення струму батареї. Залежно від конструкції він також може включати елемент вимірювання струму, запобіжник, інтерфейс NTC або інші компоненти.

Його основне призначення полягає в тому, щоб запобігти перебуванню елемента або пакета в заданих ненормальних електричних умовах.

Загальні функції PCM

Базовий PCM може забезпечити:

• Захист від перенапруги

• Захист від перенапруги

• Захист від перевантаження по струму розряду

• Захист від перевантаження по струму

• Захист від короткого замикання

• Контроль заряду та розряду MOSFET

• Відновлення після несправності

Додаткові функції можуть включати:

• Датчик температури

• Вторинний захист від перенапруги

• Термічний запобіжник

• Ідентифікація упаковки

• Відкладене виявлення несправності

• Окремі шляхи керування зарядом і розрядом

Не кожен модуль захисту включає всі ці функції. Наприклад, акумулятор може мати провід NTC, який зчитується зарядним пристроєм або головним пристроєм, а не самим PCM.

Чого зазвичай не дає базовий PCM

Звичайний модуль захисту зазвичай не пропонує таких розширених функцій, як:

• Точна звітність про стан заряду

• Оцінка стану здоров'я

• Підрахунок циклу

• Прогноз часу виконання, що залишився

• Реєстрація подій або несправностей

• Контроль клітинного балансу

• Цифровий зв'язок

• Автентифікація батареї

• Прошивка, що налаштовується на місці

• Детальні діагностичні дані

Ці функції потребують додаткових схем вимірювання, алгоритмів, пам’яті або інтерфейсів зв’язку.

Тому PCM може захистити батарею, не повідомляючи пристрою, скільки енергії залишилося до використання або чому відбулося попереднє вимкнення.

Що таке BMS?

BMS означає систему керування акумулятором . Це відноситься до ширшої комбінації функцій моніторингу, захисту, контролю та керування даними акумулятора.

BMS може бути реалізовано за допомогою спеціальної мікросхеми керування батареєю, мікросхеми датчика палива, мікроконтролера, датчиків струму та температури, схем балансування, MOSFET, пам’яті та компонентів зв’язку. Точна архітектура залежить від кількості комірок і вимог до пристрою.

Для ширшого ознайомлення з цими функціями наведено пояснення в посібнику ZERNE як система керування батареєю контролює та захищає акумуляторну батарею.

Загальні функції BMS

Залежно від конструкції BMS може надавати:

• Контроль напруги комірки або послідовної групи

• Контроль напруги пакета

• Вимірювання струму заряду та розряду

• Контроль температури

• Захист від перезаряду та перерозряду

• Захист від перевантаження по струму та короткого замикання

• Пасивне або активне балансування клітин

• Оцінка стану заряду

• Оцінка стану здоров'я

• Розрахунок залишкової ємності

• Підрахунок циклу

• Реєстрація несправностей і подій

• Автентифікація батареї

• Контроль заряду та розряду

• Зв'язок з головним пристроєм або зарядним пристроєм

• Настроювані пороги захисту

• Керування режимами сну, очікування та пробудження

BMS не включає автоматично всі функції в цей список. Деякі системи забезпечують захист і балансування, але не мають покажчика палива. Інші надають точну інформацію про стан заряду, але покладаються на окремий протектор як вторинний рівень безпеки.

Необхідні функції мають бути чітко вказані в специфікації батареї.

PCM проти BMS: найважливіша різниця

Практична відмінність полягає в масштабі.

PCM насамперед запитує:

Чи потрапила батарея в певний стан електричної несправності, і чи потрібно відключити зарядку або розрядку?

BMS також може запитати:

Що відбувається всередині зграї, скільки енергії залишається, як клітини старіють і яку інформацію чи дію вимагає пристрій?

Це не означає, що PCM небезпечний або що BMS завжди кращий. Добре розроблений PCM може бути цілком доречним для компактного продукту 1S із простими експлуатаційними вимогами. Невиправдано складна система керування може збільшити вартість, площу схеми, час розробки, споживання в режимі очікування та роботу з інтеграції програмного забезпечення без покращення взаємодії з користувачем.

Мета полягає в тому, щоб вибрати найпростішу архітектуру, яка задовольняє всі вимоги до електрики, безпеки, діагностики та продукту з відповідним запасом конструкції.

Порівняння PCM і BMS

Ця таблиця описує загальну галузеву практику, а не універсальний стандарт іменування. Продукт з позначкою 'BMS' може забезпечувати лише базовий захист від відключення, тоді як розширена плата з позначкою 'PCM' може включати моніторинг температури або балансування.

Завжди порівнюйте функціональну специфікацію, рейтинг схеми та вимоги до тестування.

Як працюють функції захисту PCM і BMS

Конструкції PCM і BMS можуть спільно використовувати кілька основних функцій захисту. Основна відмінність полягає в тому, скільки вони контролюють і що вони роблять із зібраною інформацією.

Захист від перезарядки

Захист від перезаряду відстежує, чи перевищує елемент або серійна група визначений поріг напруги під час заряджання.

Якщо поріг перевищено протягом зазначеного часу затримки, схема захисту може вимкнути MOSFET заряду і перервати зарядку.

Слід розрізняти три значення:

• Нормальна кінцева напруга зарядного пристрою

• Напруга виявлення захисту

• Напруга відновлення захисту

Поріг перевищення плати не слід використовувати як звичайну цільову суму. Це межа несправності, призначена для реагування, коли нормальне регулювання заряду не вдається або виникла ненормальна умова.

Наприклад, звичайний елемент 4,2 В і елемент високої напруги, розроблений для 4,35 В або 4,4 В, вимагають різних параметрів зарядки та захисту. Використання продукту високовольтні літієво-полімерні батареї повинні використовувати порогові значення, що відповідають вибраній комірці, а не загальну плату захисту літієвих батарей.

Захист від надмірного розряду

Захист від надмірного розряду відключає навантаження, коли контрольована напруга падає нижче визначеної межі.

Ця функція допомагає запобігти надмірному розряду клітини. Однак звичайне відключення пристрою зазвичай має відбуватися до того, як схема захисту досягне порогу аварійного відключення.

Якщо пристрій регулярно працює, доки PCM або BMS не від’єднають пакет, акумулятор може мати такі проблеми:

• Раптове відключення пристрою

• Скорочений життєвий цикл

• Повторний низьковольтний стрес

• Труднощі з перезапуском під навантаженням

• Неточні звіти про заряд акумулятора

• Проблеми відновлення, коли напруга елемента дуже низька

Тому стратегія мінімальної напруги головного пристрою та поріг захисту повинні бути узгоджені.

Захист від перевантаження по струму

Захист від перевантаження по струму спрацьовує, коли струм заряду або розряду перевищує визначений рівень виявлення протягом визначеного періоду.

Налаштування має включати дійсні події завантаження, такі як:

• Запуск процесора

• Спалахи радіопередач

• Запуск двигуна

• Мотор глухне

• Активація насоса

• Пуск нагрівача

• Зарядка конденсатора

• Запуск світлодіода або дисплея

• Тимчасова пікова потужність

Надто низьке порогове значення може призвести до неприємних відключень. Надто високий поріг може не захистити комірку, МОП-транзистори, з’єднання, дріт або з’єднувач належним чином.

Зв’язок між ємністю батареї та здатністю до розряду обговорюється далі в посібнику до Батарея LiPo рейтинг C.

Захист від короткого замикання

Захист від короткого замикання реагує на дуже високий струм або швидку зміну напруги, що відповідає несправності з низьким опором.

Його робота залежить не тільки від поточного значення. Відповідні параметри конструкції включають:

• Спосіб виявлення

• Поріг виявлення

• Затримка відповіді

• Час перемикання MOSFET

• Опір шляху струму

• Індуктивність контуру замикання

• Спосіб відновлення

• Поведінка конектора

• Здатність клітини до струму пошкодження

Етикетка із зазначенням 'захист від короткого замикання' не доводить, що пакет працюватиме належним чином за будь-якої зовнішньої несправності. Завершена збірка все ще потребує перевірки на несправності.

Температурний захист

Температурний захист може використовувати один або кілька термісторів NTC, датчиків температури IC або інших чутливих елементів.

Датчик можна контролювати:

• Схема захисту

• BMS

• Зарядний пристрій

• Головний пристрій

• Більш ніж одна система

Специфікація повинна визначати, яка система зчитує датчик і яка система може зупинити зарядку або розрядку.

Температурні обмеження можуть відрізнятися для:

• Зарядка

• Безперервний розряд

• Піковий розряд

• Зберігання

• Низькотемпературна робота

• Високотемпературна робота

Батарея з кабелем NTC не має автоматичного автономного відключення температури. NTC може надавати інформацію лише іншому контролеру.

Балансування клітин

Балансування обмежує різницю напруги між послідовно з’єднаними групами.

Базова схема пасивного балансування знімає невелику кількість заряду з групи вищої напруги під час заряджання. Досконаліші системи можуть контролювати балансування відповідно до напруги, стану заряду, температури або робочого стану.

Балансування між серійними групами в звичайній упаковці 1S не потрібне, оскільки існує лише одна група напруги. Пакет 1S2P також розглядається як одна група напруги, хоча його паралельні комірки все одно повинні бути точно узгоджені.

Балансування не може відновити:

• Пошкоджена клітина

• Важка втрата дієздатності

• Високий саморозряд

• Погана зварювання

• Основні відмінності опору

• Неправильна конфігурація пакета

• Невідповідний зарядний пристрій

Пакет, який неодноразово розвиває значний дисбаланс, потребує дослідження, а не лише вищого балансувального струму.

PCM зазвичай підходить, коли...

PCM може бути доцільним, якщо продукт має відносно прості вимоги до акумулятора.

Типові умови включають:

• Пачка має одну послідовну групу напруги

• Пристрій не потребує точного звітування про заряд акумулятора у відсотках

• Цифровий зв'язок не потрібен

• Хост-система вже керує інтерфейсом користувача та нормальним завершенням роботи

• Базового захисту від напруги, струму та короткого замикання достатньо

• Температуру контролює зарядний пристрій або головний пристрій

• Розмір схеми сильно обмежений

• Важливо дуже низьке споживання в режимі очікування

• Акумулятор не призначений для надання сервісних або діагностичних даних

• Пороги захисту можуть залишатися фіксованими

• Профіль навантаження передбачуваний і перевірений

Серед можливих застосувань – компактні датчики, базові трекери, прості освітлювальні прилади, невелика споживча електроніка та інші пристрої, які потребують надійного відсікання несправностей без функцій розумного акумулятора.

Слово «простий» стосується вимог до керування, а не важливості програми. Невеликий пристрій все одно може потребувати складного моніторингу, якщо виявлення збоїв, точна інформація про час виконання або відстеження важливі.

BMS зазвичай надають перевагу, коли...

Більш широка система керування може бути доцільною, коли пристрій потребує функцій, окрім базового захисту від відключення.

Серед поширених причин:

• Пакет містить декілька послідовно з’єднаних груп

• Необхідно контролювати напругу окремих груп

• Потрібне балансування клітин

• Пристрій відображає точний відсоток заряду батареї

• Потрібно оцінити час виконання, що залишився

• Хост-пристрою потрібні дані про напругу акумулятора, струм або температуру

• Пачка повинна повідомляти про несправності

• Потрібна кількість циклів або стан здоров’я

• Потрібна автентифікація батареї

• Система зарядки спілкується з рюкзаком

• Параметри захисту повинні бути настроювані

• Додаток використовує смарт-батарею, яку можна замінити на місці

• Пакет підтримує кілька режимів роботи

• Для продукту потрібна сервісна діагностика або записи подій

• Пристрій має змінний або вимогливий профіль навантаження

• Система повинна координувати роботу акумулятора з іншими підсистемами

Ці вимоги часто з’являються в портативних терміналах, медичній електроніці, робототехніці, промислових приладах, портативному випробувальному обладнанні, пристроях зв’язку та підключених продуктах.

Чи кожній батареї LiPo 1S потрібен лише PCM?

немає

Пакет 1S має лише одну послідовну групу напруги, тому не потребує балансування між послідовно з’єднаними елементами. Це зменшує складність схеми, але не усуває потреби в функціях керування.

Для одноелементної батареї все ще може знадобитися BMS або інтелектуальна схема батареї, якщо пристрій потребує:

• Точна звітність про стан заряду

• Оцінка залишкового часу виконання

• Вимірювання струму

• Підрахунок циклу

• Відстеження стану здоров'я

• Історія несправностей

• Автентифікація батареї

• Цифровий зв'язок

• Настроюваний захист

• Кілька вимірювань температури

Наприклад, і підключений медичний пристрій, і простий світлодіодний продукт можуть використовувати пакетну комірку 3,7 В. Напруга акумулятора може бути однаковою, але вимоги до моніторингу, діагностики та надійності дуже відрізняються.

Сама лише кількість серій не повинна визначати архітектуру захисту.

Чи кожній багатосерійній упаковці потрібен BMS?

Для багатосерійної батареї потрібен захист, який контролює кожну послідовно з’єднану групу напруги. Контролювати лише загальну напругу блоку недостатньо.

Наприклад, пакет 2S із загальною напругою 8,0 В може містити:

• Дві групи по 4,0 В кожна

• Одна група на 4,15 В і одна на 3,85 В

• Одна група на 4,25 В і одна на 3,75 В

Така ж загальна напруга може приховати групу, яка перевищила допустиму межу.

Відносно проста багатокомпонентна захисна плата може забезпечувати індивідуальне виявлення напруги, не пропонуючи зв’язок, вимірювання рівня палива чи розширену діагностику. Деякі постачальники називають цю схему багатоелементною PCM, тоді як інші називають її базовою BMS.

Основними вимогами є те, що він:

• Збігається з точною кількістю серій

• Контролює кожну групу серій

• Використовує правильні пороги напруги

• Підтримує необхідний струм

• Правильно реагує на дисбаланс

• Забезпечує балансування, якщо цього вимагає конструкція

• Відповідає зарядному пристрою та хімії елемента

• Має відповідну температуру та поведінку при несправності

Функціональна специфікація має більше значення, ніж те, чи використовується пропозиція PCM чи BMS.

Приклади пристроїв: PCM чи BMS?

Це відправні пункти, а не остаточні приписи. Оцінка ризику пристрою, робочий профіль, відповідні стандарти, архітектура зарядного пристрою та конструкція упаковки можуть змінити вибір.

Як вибрати між PCM і BMS

1. Перевірте хімічний склад клітини та межі напруги

документ:

• Клітинна хімія

• Номінальна напруга

• Максимальна напруга заряду

• Рекомендована межа розряду

• Кількість груп серій

• Кількість паралельних комірок у групі

• Обмеження зарядного струму

• Можливість безперервного розряду

• Можливість максимального розряду

• Допустимий діапазон температур

Не вибирайте захисну плату лише з напису 'батарея 3,7 В'. Елементи з однаковою номінальною напругою можуть використовувати різні максимальні межі заряду.

2. Визначте профіль навантаження пристрою

Виміряйте або оцініть:

• Струм сну

• Струм очікування

• Типовий струм

• Максимальний безперервний струм

• Піковий струм

• Пікова тривалість

• Струм запуску

• Струм зупинки двигуна

• Повторюваний імпульсний струм

• Струм пошкодження

• Струм зарядки

Короткі імпульси навантаження можуть вплинути на вибір захисту, навіть якщо середній струм низький.

Наприклад, бездротовий трекер може проводити більшу частину часу в стані низького енергоспоживання, а потім видавати короткий імпульс струму під час передачі даних. PCM або BMS мають пропускати дійсний імпульс без надмірного падіння напруги чи неприємного відключення.

3. Вирішіть, що потрібно знати пристрою

Запитайте, чи потрібно головному пристрою лише живлення чи також інформацію про акумулятор.

Можливі вимоги до даних включають:

• Напруга пакета

• Індивідуальна групова напруга

• поточний

• температура

• Стан заряду

• Ємність, що залишилася

• Час виконання, що залишився

• Стан здоров'я

• Кількість циклів

• Код несправності

• Ідентичність батареї

• Виробничі дані

Якщо пристрою потрібне лише попередження про низький рівень заряду батареї, хост-АЦП може бути достатнім. Якщо він повинен відображати надійний відсоток заряду батареї за змінних навантажень і температур, може знадобитися функція індикатора палива.

4. Визначте, чи потрібен зв’язок

Розумний BMS може спілкуватися через:

• I²C

• SMBus

• UART

• МОЖЕ

• RS-485

• Власний однопровідний інтерфейс

• Ще один специфічний для продукту протокол

Інтерфейс має бути узгоджений заздалегідь, оскільки він впливає на роз’єм акумулятора, кількість контактів, програмне забезпечення хоста, процес тестування та стратегію заміни.

Однієї назви протоколу недостатньо. Команда, яка розробляє пристрій, і постачальник батареї також повинні визначити:

• Поля даних

• Адресація

• Швидкість оновлення

• Поведінка пробудження

• Обробка помилок

• Дозволи команди

• Право власності на прошивку

• Сумісність між ревізіями

5. Визначте відповідальність за вимірювання температури

Вкажіть:

• Кількість датчиків температури

• Тип і опір датчика

• Розташування датчика

• Обмеження температури зарядки

• Температурні межі розряду

• Температури відновлення

• Який контролер зчитує кожен датчик

• Який контролер може зупинити зарядку

• Який контролер може зупинити розряд

Компактна упаковка може використовувати один NTC біля корпусу клітини. Для вузла з більшим або більшим струмом можуть знадобитися окремі датчики поблизу комірок і компонентів захисту.

6. Оцініть моніторинг та балансування серій-груп

Для багатосерійних конфігурацій визначте:

• Кількість моніторингових груп

• Точність вимірювання напруги

• Пороги перезаряду та перерозряду

• Затримка виявлення

• Поведінка відновлення

• Дозволена групова різниця напруг

• Балансування початкової напруги

• Балансуючий струм

• Умови балансування

• Несправність, коли сенсорний дріт від’єднано

Балансування слід вибирати відповідно до консистенції клітин, кількості серій, методу заряджання, очікуваного старіння та робочого профілю.

7. Перевірте справжній поточний шлях

Не вибирайте плату тільки за її рекламованим струмом.

Корисний струм залежить від:

• Опір увімкнення MOSFET

• Кількість і розташування MOSFET

• Товщина міді PCB

• Опір струму

• Стійкість до пластини та зварювання

• Калибр і довжина дроту

• Опір роз'єму

• Умови охолодження

• Температура корпусу

• Пікова тривалість

• Час захисту

Захисна плата, описана як '10 A', може не витримати 10 A безперервно всередині герметичного компактного пристрою без надмірного підвищення температури.

Номінальний струм має бути підтверджений у призначеній упаковці та корпусі.

8. Подумайте про живлення в режимі очікування

І схеми PCM, і BMS споживають енергію.

Це стає особливо важливим у:

• Клітини малої місткості

• Продукти тривалого зберігання

• Пристрої стеження

• Дистанційні датчики

• Аварійне обладнання

• Товари з тривалим терміном доставки

• Пристрої, які більшу частину часу проводять уві сні

Інтелектуальна система керування може запропонувати режим низького енергоспоживання або режим доставки, але її поведінку потрібно перевірити. Важливі характеристики включають:

• Нормальний робочий струм

• Струм сну

• Струм відключення

• Метод пробудження

• Поведінка в режимі зберігання

• Відновлення після глибокого сну

Розширена схема, яка розряджає батарею під час зберігання, може бути менш придатною, ніж простіша PCM, навіть якщо вона надає більше функцій.

9. Підберіть зарядний пристрій до повної упаковки

Зарядний пристрій має забезпечувати правильний профіль заряджання, обмеження напруги та регулювання струму для вибраної хімії та конфігурації елемента.

PCM або BMS зазвичай є захисним шаром, а не звичайним регулятором заряду.

Деякі інтегровані рішення поєднують функції зарядки та керування, але це має бути підтверджено фактичним проектом. Постачальник не повинен вважати, що плата контролює стягнення плати лише тому, що вона називається BMS.

Підтвердити:

• Вихідна напруга зарядного пристрою

• Діапазон зарядного струму

• Спосіб припинення заряду

• Контроль температури

• Поведінка перед зарядкою

• Поріг поповнення

• Вимоги до спілкування

• Поведінка після відключення захисту

• Сумісність із магістральним шляхом живлення

10. Визначте поведінку при несправності та відновлення

Захист полягає не лише в тому, коли акумулятор від’єднується. Команда з розробки пристрою також повинна розуміти, що відбувається після цього.

Визначити:

• Чи шляхи заряду та розряду контролюються окремо

• Чи потрібен зарядний пристрій для відновлення

• Чи потрібно знімати навантаження

• Чи відбувається відновлення автоматично

• Чи фіксується постійна несправність

• Чи отримує хост код помилки

• Чи зберігаються збережені дані

• Чи може користувач перезапустити пристрій

• Чи потрібне втручання служби

Неочікувана поведінка відновлення може призвести до польових збоїв, навіть якщо схема захисту працює правильно.

Чому одного захисного імені недостатньо

Пропозиція, у якій зазначено лише 'PCM включено' або 'BMS включено', є неповною.

Як мінімум постачальник повинен визначити:

• Підтримана хімія

• Кількість серій

• Максимальна напруга заряду

• Виявлення перезаряду та відновлення напруги

• Виявлення перерозряду та відновлення напруги

• Поріг перевищення струму заряду

• Поріг перевищення струму розряду

• Реакція на коротке замикання

• Можливість постійного струму

• Можливість і тривалість пікового струму

• Функції контролю температури

• Функції клітинного балансу

• Споживання струму

• Інтерфейс зв'язку

• Функція вимірювання палива

• Роз'єм і цоколевка

• Поведінка відновлення

• Фізичні розміри

Якщо потрібна інтелектуальна BMS, документація також може потребувати:

• Протокол зв'язку

• Зареєструвати карту

• Файл конфігурації

• Версія прошивки

• Алгоритм стану заряду

• Процес калібрування

• Метод автентифікації

• Поведінка збереження даних

• Процедура оновлення та ревізійного контролю

Назва плати - це лише початок специфікації.

Поширені помилки при виборі PCM і BMS

Інформація, яку потрібно надати виробнику акумулятора LiPo

Повний запит дозволяє постачальнику батарей рекомендувати PCM або BMS на основі пристрою, а не загальну плату.

Вимоги до акумулятора

• Номінальна напруга

• Максимальна напруга заряду

• Необхідна місткість

• Послідовна та паралельна конфігурація

• Бажана клітинна хімія

• Максимальні розміри акумулятора

• Обмеження ваги

• Очікуваний життєвий цикл

• Температура експлуатації та зберігання

• Цільовий час зарядки

Вимоги до навантаження

• Типовий струм

• Максимальний безперервний струм

• Піковий струм

• Пікова тривалість

• Струм запуску

• Блокування двигуна або пусковий струм нагрівача

• Струм сну

• Необхідний час виконання

• Поріг зниження напруги пристрою

Вимоги до захисту

• Захист від перезаряду

• Захист від перерозряду

• Захист від перевантаження по струму

• Захист від перевантаження по струму розряду

• Захист від короткого замикання

• Датчик температури

• Вторинний запобіжник або захисний шар

• Балансування клітин

• Необхідна поведінка усунення несправностей

Вимоги до Smart Battery

• Дисплей заряду батареї у відсотках

• Точність стану заряду

• Оцінка стану здоров'я

• Кількість циклів

• Розрахунок часу виконання, що залишився

• Реєстрація несправностей

• Автентифікація батареї

• Протокол зв'язку

• Вимоги до прошивки або реєстрації

Вимоги до підключення

• Виробник і серія роз'єму

• Сполучний роз'єм

• Кількість пінів

• Розпіновка

• Полярність

• Калібр дроту

• Довжина дроту

• NTC свинець

• Свинець балансу

• Проводи зв'язку

• Напрямок виходу кабелю

ЗЕРНЕ Спеціальні рішення для літій-полімерних акумуляторів можуть інтегрувати вибір елементів, функції PCM або BMS, датчики температури, роз’єми, проводку та структуру упаковки відповідно до електричних і механічних вимог пристрою OEM.

Як перевірити вибрану систему захисту

Вибраний PCM або BMS слід оцінити спочатку на рівні акумуляторної батареї, а потім у кінцевому пристрої.

Відповідна перевірка може включати:

• Сумісність із зарядкою

• Напруга повного заряду

• Виявлення перезарядки

• Виявлення надмірного розряду

• Безперервно-струмова робота

• Відповідь на піковий струм

• Поведінка при запуску

• Реакція на коротке замикання

• Підвищення температури MOSFET

• Підвищення температури роз'єму

• Падіння напруги

• Точність датчика температури

• Низько- і високотемпературна поведінка

• Послідовно-групове вимірювання напруги

• Балансування клітин

• Точність стану заряду

• Стабільність зв'язку

• Поведінка під час сну та пробудження

• Поточний режим доставки

• Реєстрація несправностей

• Відновлення після відключення захисту

• Повторний цикл заряду-розряду

• Тривале зберігання

• Поведінка вимкнення пристрою

Під час тестування слід використовувати виробничі комірки, з’єднувачі, дріт, з’єднувачі, матеріали корпусу, вбудоване програмне забезпечення та налаштування зарядного пристрою.

Акумулятор, який пройшов випробування струмом у відкритому стенді, може поводитися по-різному всередині герметичного пристрою. Теплове середовище та повний шлях струму можуть впливати на падіння напруги, температуру MOSFET, розподіл струму та поведінку відключення.

The Система контролю якості літій-полімерної батареї надає додаткову інформацію про консистенцію елементів, моніторинг процесу, електричну перевірку та контроль готової батареї.

Висновок

І PCM, і BMS можуть захистити акумулятор LiPo, але вони розроблені для різних рівнів відповідальності системи.

PCM зазвичай забезпечує важливий захист від напруги, струму та короткого замикання в компактній схемі низької складності. Це може бути придатним, якщо пристрій має передбачуване навантаження, не вимагає детальної інформації про батарею та обробляє звичайне заряджання та вимикання через інші частини системи.

BMS стає більш актуальним, коли батарея повинна контролювати кілька серійних груп, балансувати елементи, оцінювати залишкову ємність, записувати помилки, автентифікувати пакет або спілкуватися з головним пристроєм.

Вибір не повинен ґрунтуватися лише на розмірі упаковки, місткості чи кількості серій. Для невеликого однокомпонентного пристрою може знадобитися інтелектуальне керування, тоді як для більшого пристрою може знадобитися лише чітко визначений базовий захист. Подібним чином ні етикетка PCM, ні BMS не гарантують певні функції температури, балансування, вимірювання чи зв’язку.

Остаточна специфікація захисту має відповідати хімічному складу елемента, профілю навантаження, зарядному пристрою, шляху струму, робочій температурі, цільовому режиму очікування, програмному забезпеченню пристрою та очікуваній поведінці збою. Підтвердження цих вимог перед виготовленням зразків допомагає запобігти неприємним відключенням, неточним звітам про батарею, надмірному нагріванню та пізній модернізації продукту.

Часті запитання

У чому головна відмінність між PCM і BMS?

PCM в основному забезпечує захист від електричних несправностей, тоді як BMS може поєднувати захист із моніторингом, балансуванням, оцінкою стану, діагностикою та зв’язком. Точні функції залежать від продуктів, тому специфікація надійніша, ніж назва.

Чи кожна LiPo батарея потребує PCM або BMS?

Перезаряджувана літій-полімерна батарея потребує відповідної стратегії захисту на системному рівні. Захист може бути вбудований в акумуляторну батарею, пристрій або іншу кваліфіковану схему, залежно від архітектури продукту. Елемент не слід використовувати без перевірених засобів контролю надлишкового заряду, надмірного розряду, перевантаження по струму, короткого замикання, заряджання та теплового контролю, які відповідають застосуванню.

Чи PCM те саме, що захисна друкована плата?

Терміни часто використовуються як синоніми. PCB технічно відноситься до самої друкованої плати, тоді як PCM відноситься до повного модуля схеми захисту. Однак у комерційних пропозиціях акумуляторів постачальники можуть використовувати PCM, PCB і захисну плату для подібних вузлів.

Чи може PCM збалансувати клітини?

Деякі багатоелементні модулі захисту включають балансування, але багато основних PCM – ні. Якщо потрібне балансування, його початкова напруга, струм, точність і умови роботи повинні бути вказані явно.

Чи може BMS заряджати акумулятор LiPo?

Не обов'язково. BMS може контролювати або контролювати, чи дозволено заряджання, але окремий зарядний пристрій зазвичай регулює необхідний профіль струму та напруги. Деякі інтегральні схеми поєднують функції зарядки та керування акумулятором, тому фактичну архітектуру потрібно підтвердити.

Чи потрібна BMS для акумулятора 1S LiPo?

Базовому пакету 1S може знадобитися лише PCM, але BMS може підійти, якщо пристрій потребує точного звітування про стан заряду, вимірювання струму, зв’язку, автентифікації, реєстрації несправностей або інших розумних функцій.

Чи потрібна батарея 2S BMS 2S?

Він потребує схеми захисту та контролю, розробленої для двох послідовно з’єднаних груп напруги. Продукт може називатися 2S BMS або 2S PCM, але він повинен контролювати обидві групи та відповідати хімії, струму, напрузі заряджання та вимогам до балансування.

Чи завжди BMS безпечніший за PCM?

Ні. Безпека залежить від повного дизайну, характеристик компонентів, налаштувань захисту, якості елемента, зарядного пристрою, проводки, роз’єму, механічної конструкції та перевірки. Правильно визначений PCM може бути більш відповідним, ніж погано підібраний BMS.

Чи NTC сам по собі забезпечує температурний захист?

Ні. NTC – це компонент, що визначає температуру. Зарядний пристрій, головний пристрій, PCM або BMS повинні прочитати його та вжити необхідних заходів, коли температура перевищує визначені межі.

Як вибрати поточний рейтинг PCM або BMS?

Використовуйте максимальний безперервний струм пристрою, піковий струм, тривалість піку, струм запуску або зупинки, струм заряджання та робочу температуру. Також перевірте втрати MOSFET, схему плати, дріт, роз’єм, падіння напруги, пороги виявлення та теплові характеристики.

Який варіант споживає менше енергії в режимі очікування?

Базовий PCM зазвичай споживає менше енергії, ніж багатофункціональний BMS, але фактичні значення значно відрізняються. Порівняйте робочий струм, струм у режимі сну, вимкнення та режиму доставки, використовуючи специфікації реальної схеми.

Чи можна налаштувати PCM або BMS для пристрою OEM?

так Пороги захисту, кількість серій, здатність до струму, датчики температури, балансування, зв’язок, вимірювання палива, роз’єм, розводка, довжина дроту, фізичні розміри та поведінка відновлення можуть бути розроблені відповідно до вимог пристрою.