PCM và BMS cho Pin LiPo: Thiết bị của bạn cần hệ thống bảo vệ nào?

Pin li-polymer cần nhiều hơn điện áp và dung lượng phù hợp. Hệ thống bảo vệ của nó cũng phải phù hợp với thành phần hóa học của tế bào, số dòng, dòng tải, phương pháp sạc, nhiệt độ vận hành và thông tin mà thiết bị chủ yêu cầu.

Hai thuật ngữ thường xuất hiện trong thông số kỹ thuật của pin: PCM hoặc Mô-đun mạch bảo vệ và BMS hoặc Hệ thống quản lý pin.

PCM thường tập trung vào việc bảo vệ các lỗi thiết yếu, chẳng hạn như sạc quá mức, xả quá mức, quá dòng và cắt ngắn mạch. BMS có thể cung cấp khả năng bảo vệ tương tự trong khi bổ sung các chức năng như giám sát nhóm tế bào, cân bằng, ước tính trạng thái sạc, ghi dữ liệu và liên lạc.

Sự phân biệt đó là hữu ích, nhưng nó không phải là tuyệt đối. Gói đơn bào phức tạp có thể cần BMS, trong khi gói đa cell có thể sử dụng bảng bảo vệ tương đối đơn giản. Các nhà cung cấp cũng có thể sử dụng PCM, PCB, bảng bảo vệ và BMS theo cách khác nhau.

Do đó, lựa chọn đúng phụ thuộc vào chức năng mà thiết bị của bạn cần—không chỉ phụ thuộc vào tên gọi của mạch.

Hướng dẫn này so sánh các chức năng PCM và BMS, giải thích khi nào mỗi phương pháp có thể phù hợp và cung cấp quy trình thực tế để chỉ định mức bảo vệ cho pin lithium polymer.

Bài học chính

• PCM được thiết kế chủ yếu để ngắt kết nối pin trong các sự cố điện được xác định.

• BMS thường kết hợp bảo vệ với các chức năng giám sát, ước tính, cân bằng, kiểm soát hoặc liên lạc rộng hơn.

• PCM và BMS không phải là các loại sản phẩm được tiêu chuẩn hóa phổ biến.

• Thông số kỹ thuật thực tế của mạch quan trọng hơn tên in trên bản vẽ hoặc báo giá.

• Gói một ô vẫn có thể cần BMS khi thiết bị yêu cầu tỷ lệ phần trăm pin, xác thực, chẩn đoán hoặc liên lạc chính xác.

• Gói nhiều sê-ri yêu cầu giám sát nhóm sê-ri riêng lẻ, ngay cả khi bảng bảo vệ của nó được gọi là PCM.

• Cân bằng tế bào có liên quan đến các nhóm điện áp nối tiếp, không liên quan đến gói 1S thông thường.

• Cả PCM và BMS đều không được tự động coi là bộ sạc pin.

• Giá trị ngắt quá dòng không giống với xếp hạng dòng điện liên tục an toàn.

• Các tế bào điện áp cao yêu cầu ngưỡng bảo vệ và sạc phù hợp với thành phần hóa học thực tế của chúng.

• Bảo vệ nhiệt độ chỉ hiện diện khi có cảm biến, ngưỡng và đường dẫn điều khiển cần thiết.

• Kích thước, dòng điện dự phòng, chi phí, khả năng hiện tại và các yêu cầu liên lạc cần được đánh giá cùng nhau.

• Cần phải kiểm tra cấp độ gói và cấp độ thiết bị trước khi thiết kế bảo vệ được phê duyệt để sản xuất.

PCM trong bộ pin LiPo là gì?

PCM là viết tắt của Mô-đun mạch bảo vệ . Nó cũng thường được mô tả như một bảng mạch bảo vệ hoặc bảng mạch bảo vệ.

Một PCM thông thường chứa IC bảo vệ, MOSFET sạc và xả, điện trở, tụ điện và đường dẫn để mang dòng điện của pin. Tùy thuộc vào thiết kế, nó cũng có thể bao gồm phần tử cảm nhận dòng điện, cầu chì, giao diện NTC hoặc các thành phần khác.

Mục đích chính của nó là ngăn chặn tế bào hoặc gói duy trì trong các điều kiện điện bất thường được chỉ định.

Các chức năng PCM phổ biến

Một PCM cơ bản có thể cung cấp:

• Bảo vệ quá tải-điện áp

• Bảo vệ quá điện áp

• Xả bảo vệ quá dòng

• Sạc bảo vệ quá dòng

• Bảo vệ ngắn mạch

• Điều khiển MOSFET sạc và xả

• Phục hồi sau tình trạng lỗi

Các chức năng bổ sung có thể bao gồm:

• Cảm biến nhiệt độ

• Bảo vệ quá áp thứ cấp

• Cầu chì nhiệt

• Nhận dạng gói

• Phát hiện lỗi bị trì hoãn

• Đường dẫn điều khiển sạc và xả riêng biệt

Không phải mọi mô-đun bảo vệ đều bao gồm tất cả các chức năng này. Ví dụ: pin có thể có dây NTC được bộ sạc hoặc thiết bị chủ đọc thay vì chính PCM.

PCM cơ bản thường không cung cấp những gì

Mô-đun bảo vệ thông thường thường không cung cấp các chức năng nâng cao như:

• Báo cáo trạng thái phí chính xác

• Ước tính tình trạng sức khỏe

• Đếm chu kỳ

• Dự đoán thời gian chạy còn lại

• Ghi nhật ký sự kiện hoặc lỗi

• Kiểm soát cân bằng tế bào

• Truyền thông kỹ thuật số

• Xác thực pin

• Phần sụn có thể định cấu hình trường

• Dữ liệu chẩn đoán chi tiết

Các chức năng này yêu cầu các mạch đo, thuật toán, bộ nhớ hoặc giao diện truyền thông bổ sung.

Do đó, PCM có thể bảo vệ pin mà không cho thiết bị biết lượng năng lượng còn lại có thể sử dụng được hoặc tại sao lại xảy ra hiện tượng tắt máy trước đó.

BMS là gì?

BMS là viết tắt của Hệ thống quản lý pin . Nó đề cập đến sự kết hợp rộng hơn của các chức năng giám sát, bảo vệ, kiểm soát và quản lý dữ liệu pin.

BMS có thể được triển khai bằng cách sử dụng IC quản lý pin chuyên dụng, IC đo nhiên liệu, bộ vi điều khiển, cảm biến dòng điện và nhiệt độ, mạch cân bằng, MOSFET, bộ nhớ và các thành phần truyền thông. Kiến trúc chính xác phụ thuộc vào số lượng ô và yêu cầu của thiết bị.

Để có phần giới thiệu rộng hơn về các chức năng này, hướng dẫn của ZERNE giải thích cách hệ thống quản lý pin giám sát và bảo vệ bộ pin.

Chức năng BMS phổ biến

Tùy thuộc vào thiết kế, BMS có thể cung cấp:

• Giám sát điện áp di động hoặc nhóm nối tiếp

• Giám sát điện áp gói

• Đo dòng điện sạc và xả

• Giám sát nhiệt độ

• Bảo vệ quá tải và xả quá mức

• Bảo vệ quá dòng và ngắn mạch

• Cân bằng tế bào thụ động hoặc chủ động

• Ước tính trạng thái phí

• Ước tính tình trạng sức khỏe

• Tính toán công suất còn lại

• Đếm chu kỳ

• Ghi nhật ký lỗi và sự kiện

• Xác thực pin

• Kiểm soát sạc và xả

• Giao tiếp với thiết bị chủ hoặc bộ sạc

• Ngưỡng bảo vệ có thể cấu hình

• Quản lý giấc ngủ, chế độ chờ và thức dậy

BMS không tự động bao gồm mọi chức năng trong danh sách này. Một số hệ thống cung cấp khả năng bảo vệ và cân bằng nhưng không có đồng hồ đo nhiên liệu. Những người khác cung cấp thông tin chính xác về trạng thái sạc nhưng dựa vào một bộ bảo vệ riêng biệt làm lớp an toàn thứ cấp.

Các chức năng cần thiết phải được nêu rõ ràng trong thông số kỹ thuật của pin.

PCM và BMS: Sự khác biệt quan trọng nhất

Sự khác biệt thực tế là một trong phạm vi.

PCM chủ yếu hỏi:

Pin đã rơi vào tình trạng lỗi điện xác định và có nên ngắt kết nối sạc hoặc xả không?

BMS cũng có thể hỏi:

Điều gì đang xảy ra bên trong gói, lượng năng lượng còn lại, tế bào lão hóa như thế nào và thiết bị cần thông tin hoặc hành động gì?

Điều này không có nghĩa là PCM không an toàn hoặc BMS luôn vượt trội hơn. Một PCM được thiết kế tốt có thể hoàn toàn phù hợp với sản phẩm 1S nhỏ gọn với yêu cầu vận hành đơn giản. Một hệ thống quản lý phức tạp không cần thiết có thể làm tăng thêm chi phí, diện tích mạch, thời gian phát triển, mức tiêu thụ ở chế độ chờ và công việc tích hợp phần mềm mà không cải thiện trải nghiệm người dùng.

Mục tiêu là chọn kiến ​​trúc đơn giản nhất đáp ứng tất cả các yêu cầu về điện, an toàn, chẩn đoán và sản phẩm với biên độ thiết kế phù hợp.

So sánh PCM và BMS

Bảng này mô tả thông lệ chung của ngành thay vì tiêu chuẩn đặt tên phổ quát. Sản phẩm có nhãn 'BMS' có thể chỉ cung cấp khả năng bảo vệ ngắt điện cơ bản, trong khi bo mạch nâng cao có nhãn 'PCM' có thể bao gồm chức năng giám sát hoặc cân bằng nhiệt độ.

Luôn so sánh thông số kỹ thuật chức năng, định mức mạch và yêu cầu kiểm tra.

Chức năng bảo vệ PCM và BMS hoạt động như thế nào

Thiết kế PCM và BMS có thể chia sẻ một số chức năng bảo vệ cốt lõi. Sự khác biệt chính là mức độ họ giám sát và những gì họ làm với thông tin được thu thập.

Bảo vệ quá tải

Bảo vệ quá tải giám sát xem một ô hoặc nhóm chuỗi có vượt quá ngưỡng điện áp xác định trong quá trình sạc hay không.

Nếu vượt quá ngưỡng trong thời gian trễ đã chỉ định, mạch bảo vệ có thể tắt MOSFET sạc và làm gián đoạn quá trình sạc.

Cần phân biệt ba giá trị:

• Điện áp kết thúc bộ sạc bình thường

• Điện áp phát hiện bảo vệ

• Điện áp phục hồi bảo vệ

Ngưỡng quá tải không nên được sử dụng làm mục tiêu sạc thông thường. Đó là giới hạn lỗi nhằm đáp ứng khi quy định sạc bình thường không thành công hoặc xảy ra tình trạng bất thường.

Ví dụ, một tế bào 4,2 V thông thường và một tế bào điện áp cao được thiết kế cho 4,35 V hoặc 4,4 V yêu cầu các thông số sạc và bảo vệ khác nhau. Một sản phẩm sử dụng pin lithium polymer điện áp cao phải sử dụng ngưỡng phù hợp với ô đã chọn thay vì bảng bảo vệ pin lithium thông thường.

Bảo vệ quá mức

Bảo vệ quá mức sẽ ngắt kết nối tải khi điện áp được theo dõi giảm xuống dưới giới hạn xác định.

Chức năng này giúp ngăn ngừa tình trạng pin bị xả quá mức. Tuy nhiên, việc tắt thiết bị thông thường thường phải xảy ra trước khi mạch bảo vệ đạt đến ngưỡng cắt khẩn cấp.

Nếu thiết bị hoạt động thường xuyên cho đến khi PCM hoặc BMS ngắt kết nối gói, pin có thể gặp phải:

• Tắt thiết bị đột ngột

• Giảm vòng đời sử dụng

• Căng thẳng điện áp thấp lặp đi lặp lại

• Khó khởi động lại khi đang tải

• Báo cáo phần trăm pin không chính xác

• Vấn đề phục hồi khi điện áp di động rất thấp

Do đó, chiến lược điện áp thấp của thiết bị chủ và ngưỡng bảo vệ phải được phối hợp.

Bảo vệ quá dòng

Bảo vệ quá dòng phản ứng khi dòng sạc hoặc dòng xả vượt quá mức phát hiện xác định trong một khoảng thời gian xác định.

Cài đặt phải chứa các sự kiện tải hợp lệ, chẳng hạn như:

• Khởi động bộ xử lý

• Các vụ nổ truyền sóng vô tuyến

• Khởi động động cơ

• Gian hàng xe máy

• Kích hoạt bơm

• Sự xâm nhập của máy sưởi

• Sạc tụ điện

• Khởi động đèn LED hoặc màn hình

• Công suất đỉnh tạm thời

Ngưỡng quá thấp có thể gây ra tình trạng tắt máy khó chịu. Ngưỡng quá cao có thể không bảo vệ được tế bào, MOSFET, các kết nối, dây hoặc đầu nối một cách đầy đủ.

Mối quan hệ giữa dung lượng pin và khả năng phóng điện sẽ được thảo luận thêm trong hướng dẫn về Xếp hạng C của pin LiPo.

Bảo vệ ngắn mạch

Bảo vệ ngắn mạch phản ứng với dòng điện rất cao hoặc sự thay đổi điện áp nhanh phù hợp với sự cố điện trở thấp.

Hoạt động của nó phụ thuộc vào nhiều hơn giá trị hiện tại. Các thông số thiết kế liên quan bao gồm:

• Phương pháp phát hiện

• Ngưỡng phát hiện

• Độ trễ phản hồi

• Thời gian chuyển mạch MOSFET

• Điện trở đường dẫn hiện tại

• Độ tự cảm của vòng lặp sự cố

• Phương pháp phục hồi

• Hành vi của trình kết nối

• Khả năng hiện tại của tế bào

Nhãn ghi rõ 'bảo vệ ngắn mạch' không chứng minh rằng gói sẽ hoạt động chính xác trong mọi lỗi bên ngoài có thể xảy ra. Việc lắp ráp hoàn chỉnh vẫn cần kiểm tra lỗi được xác định.

Bảo vệ nhiệt độ

Bảo vệ nhiệt độ có thể sử dụng một hoặc nhiều điện trở nhiệt NTC, cảm biến nhiệt độ IC hoặc các bộ phận cảm biến khác.

Cảm biến có thể được theo dõi bởi:

• Mạch bảo vệ

• BMS

• Bộ sạc

• Thiết bị chủ

• Nhiều hơn một hệ thống

Thông số kỹ thuật phải xác định hệ thống nào đọc cảm biến và hệ thống nào có thể ngừng sạc hoặc xả.

Giới hạn nhiệt độ có thể khác nhau đối với:

• Sạc

• Xả liên tục

• Xả đỉnh

• Kho

• Hoạt động ở nhiệt độ thấp

• Hoạt động ở nhiệt độ cao

Pin có dây dẫn NTC không tự động ngắt nhiệt độ tự động. NTC chỉ có thể cung cấp thông tin cho bên kiểm soát khác.

Cân bằng tế bào

Cân bằng giới hạn chênh lệch điện áp giữa các nhóm nối tiếp.

Mạch cân bằng thụ động cơ bản sẽ loại bỏ một lượng nhỏ điện tích từ nhóm điện áp cao hơn trong quá trình sạc. Các hệ thống tiên tiến hơn có thể kiểm soát việc cân bằng theo điện áp, trạng thái sạc, nhiệt độ hoặc trạng thái vận hành.

Không cần cân bằng giữa các nhóm nối tiếp trong gói 1S thông thường vì chỉ tồn tại một nhóm điện áp. Gói 1S2P cũng được coi là một nhóm điện áp, mặc dù các ô song song của nó vẫn phải được kết hợp chặt chẽ.

Cân bằng không thể sửa chữa:

• Một tế bào bị hư hỏng

• Mất công suất nghiêm trọng

• Tự xả cao

• Hàn kém

• Sự khác biệt lớn về sức đề kháng

• Cấu hình gói không chính xác

• Bộ sạc không phù hợp

Một gói liên tục xuất hiện tình trạng mất cân bằng đáng kể cần được điều tra thay vì chỉ dùng dòng điện cân bằng cao hơn.

PCM thường phù hợp khi…

PCM có thể phù hợp khi sản phẩm có yêu cầu về pin tương đối đơn giản.

Các điều kiện điển hình bao gồm:

• Gói có một nhóm điện áp nối tiếp

• Máy không yêu cầu báo cáo phần trăm pin chính xác

• Không cần giao tiếp kỹ thuật số

• Hệ thống máy chủ đã quản lý giao diện người dùng và tắt máy bình thường

• Bảo vệ điện áp, dòng điện và ngắn mạch cơ bản là đủ

• Nhiệt độ được theo dõi bởi bộ sạc hoặc thiết bị chủ

• Kích thước mạch bị hạn chế rất nhiều

• Mức tiêu thụ ở chế độ chờ rất thấp là quan trọng

• Pin không nhằm mục đích cung cấp dữ liệu dịch vụ hoặc chẩn đoán

• Ngưỡng bảo vệ có thể vẫn cố định

• Cấu hình tải có thể dự đoán được và đã được xác thực

Các ứng dụng khả thi bao gồm cảm biến nhỏ gọn, thiết bị theo dõi cơ bản, sản phẩm chiếu sáng đơn giản, thiết bị điện tử tiêu dùng nhỏ và các thiết bị khác cần khả năng ngắt lỗi đáng tin cậy mà không có chức năng pin thông minh.

Từ 'đơn giản' ám chỉ yêu cầu quản lý chứ không ám chỉ tầm quan trọng của ứng dụng. Một thiết bị nhỏ vẫn có thể yêu cầu giám sát phức tạp nếu việc phát hiện lỗi, thông tin thời gian chạy chính xác hoặc truy xuất nguồn gốc là quan trọng.

BMS thường được ưu tiên khi…

Hệ thống quản lý rộng hơn có thể phù hợp khi thiết bị yêu cầu các chức năng ngoài chức năng bảo vệ cắt điện cơ bản.

Những lý do phổ biến bao gồm:

• Gói chứa nhiều nhóm kết nối chuỗi

• Điện áp nhóm riêng lẻ phải được theo dõi

• Cần cân bằng tế bào

• Máy hiển thị phần trăm pin chính xác

• Thời gian chạy còn lại phải được ước tính

• Thiết bị chủ cần dữ liệu về điện áp, dòng điện hoặc nhiệt độ của pin

• Gói phải báo cáo lỗi

• Cần phải đếm chu kỳ hoặc tình trạng sức khỏe

• Cần xác thực pin

• Hệ thống sạc giao tiếp với gói

• Cài đặt bảo vệ phải được cấu hình

• Ứng dụng sử dụng pin thông minh có thể thay thế tại hiện trường

• Gói hỗ trợ nhiều chế độ hoạt động

• Sản phẩm yêu cầu chẩn đoán dịch vụ hoặc hồ sơ sự kiện

• Thiết bị có cấu hình tải thay đổi hoặc yêu cầu cao

• Hệ thống phải phối hợp hoạt động của pin với các hệ thống con khác

Những yêu cầu này thường xuất hiện trong các thiết bị đầu cuối cầm tay, thiết bị điện tử y tế, robot, dụng cụ công nghiệp, thiết bị kiểm tra cầm tay, thiết bị liên lạc và các sản phẩm được kết nối.

Mỗi pin LiPo 1S chỉ cần PCM?

KHÔNG.

Gói 1S chỉ có một nhóm điện áp nối tiếp nên không cần cân bằng giữa các ô nối nối tiếp. Điều này làm giảm độ phức tạp của mạch nhưng không loại bỏ nhu cầu về chức năng quản lý.

Pin một cell vẫn có thể cần BMS hoặc mạch pin thông minh khi thiết bị yêu cầu:

• Báo cáo trạng thái phí chính xác

• Ước tính thời gian chạy còn lại

• Đo lường hiện tại

• Đếm chu kỳ

• Theo dõi tình trạng sức khỏe

• Lịch sử lỗi

• Xác thực pin

• Truyền thông kỹ thuật số

• Bảo vệ có thể cấu hình

• Nhiều phép đo nhiệt độ

Ví dụ: một thiết bị y tế được kết nối và một sản phẩm LED đơn giản đều có thể sử dụng tế bào dạng túi 3,7 V. Điện áp pin của chúng có thể giống nhau, nhưng các yêu cầu về giám sát, chẩn đoán và độ tin cậy của chúng rất khác nhau.

Chỉ riêng số lượng chuỗi không nên xác định kiến ​​trúc bảo vệ.

Mọi gói nhiều dòng có cần BMS không?

Pin nhiều dòng yêu cầu bảo vệ giám sát từng nhóm điện áp được kết nối nối tiếp. Chỉ giám sát tổng điện áp của gói là không đủ.

Ví dụ: gói 2S có tổng điện áp 8,0 V có thể chứa:

• Hai nhóm ở 4,0 V mỗi nhóm

• Một nhóm ở 4,15 V và một nhóm ở 3,85 V

• Một nhóm ở 4,25 V và một nhóm ở 3,75 V

Tổng điện áp tương tự có thể che giấu một nhóm đã vượt quá giới hạn cho phép.

Một bảng bảo vệ đa ô tương đối đơn giản có thể cung cấp khả năng phát hiện điện áp riêng lẻ mà không cần cung cấp thông tin liên lạc, đo nhiên liệu hoặc chẩn đoán nâng cao. Một số nhà cung cấp gọi mạch này là PCM đa cell, trong khi những nhà cung cấp khác gọi nó là BMS cơ bản.

Các yêu cầu thiết yếu là nó:

• Khớp với số lượng chuỗi chính xác

• Giám sát từng nhóm chuỗi

• Sử dụng đúng ngưỡng điện áp

• Hỗ trợ dòng điện cần thiết

• Phản ứng chính xác với sự mất cân bằng

• Cung cấp sự cân bằng nếu thiết kế yêu cầu

• Phù hợp với bộ sạc và hóa học của tế bào

• Có nhiệt độ và hành vi lỗi phù hợp

Thông số chức năng quan trọng hơn việc báo giá sử dụng PCM hay BMS.

Ví dụ về thiết bị: PCM hay BMS?

Đây là những điểm khởi đầu, không phải là quy định cuối cùng. Đánh giá rủi ro của thiết bị, hồ sơ vận hành, tiêu chuẩn áp dụng, cấu trúc bộ sạc và cấu trúc gói có thể thay đổi lựa chọn.

Cách chọn giữa PCM và BMS

1. Xác nhận giới hạn hóa học và điện áp của tế bào

Tài liệu:

• Hóa học tế bào

• Điện áp danh định

• Điện áp sạc tối đa

• Giới hạn xả khuyến nghị

• Số nhóm chuỗi

• Số lượng ô song song trên mỗi nhóm

• Giới hạn dòng sạc

• Khả năng xả liên tục

• Khả năng xả đỉnh

• Phạm vi nhiệt độ cho phép

Không chọn bảng bảo vệ chỉ từ nhãn 'pin 3,7 V'. Các tế bào có điện áp danh định tương tự có thể sử dụng các giới hạn sạc tối đa khác nhau.

2. Xác định cấu hình tải thiết bị

Đo lường hoặc ước tính:

• Giấc ngủ hiện tại

• Dòng điện dự phòng

• Dòng điện điển hình

• Dòng điện liên tục tối đa

• Dòng điện cực đại

• Thời gian cao điểm

• Dòng khởi động

• Dòng điện chết máy

• Dòng xung lặp lại

• Lỗi hiện tại

• Dòng sạc

Xung tải ngắn có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn bảo vệ ngay cả khi dòng điện trung bình thấp.

Ví dụ, một thiết bị theo dõi không dây có thể dành phần lớn thời gian ở trạng thái năng lượng thấp và sau đó tạo ra một xung dòng điện ngắn trong quá trình truyền dữ liệu. PCM hoặc BMS phải cho phép xung hợp lệ mà không bị sụt điện áp quá mức hoặc bị cắt gây khó chịu.

3. Quyết định những gì thiết bị cần biết

Hỏi xem thiết bị chủ chỉ cần nguồn điện hay thông tin về pin.

Các yêu cầu dữ liệu có thể bao gồm:

• gói điện áp

• Điện áp nhóm riêng lẻ

• Hiện hành

• Nhiệt độ

• Trạng thái tính phí

• Công suất còn lại

• Thời gian chạy còn lại

• Tình trạng sức khỏe

• Số chu kỳ

• Mã lỗi

• Nhận dạng pin

• Dữ liệu sản xuất

Nếu thiết bị chỉ cần cảnh báo pin yếu thì ADC chủ có thể là đủ. Nếu nó phải hiển thị phần trăm pin đáng tin cậy dưới các mức tải và nhiệt độ thay đổi thì chức năng đo nhiên liệu có thể cần thiết.

4. Xác định xem có cần giao tiếp hay không

Một BMS thông minh có thể giao tiếp thông qua:

• I2C

• SMBus

• UART

• CÓ THỂ

• RS-485

• Giao diện một dây độc quyền

• Một giao thức khác dành riêng cho sản phẩm

Giao diện phải được thống nhất sớm vì nó ảnh hưởng đến đầu nối pin, số lượng chân cắm, phần mềm máy chủ, quy trình kiểm tra và chiến lược thay thế.

Chỉ tên giao thức là không đủ. Nhóm thiết bị và nhà cung cấp pin cũng nên xác định:

• Trường dữ liệu

• Địa chỉ

• tỷ lệ cập nhật

• Hành vi thức tỉnh

• Xử lý lỗi

• Quyền lệnh

• Quyền sở hữu phần mềm

• Khả năng tương thích giữa các phiên bản

5. Xác định trách nhiệm cảm nhận nhiệt độ

Chỉ định:

• Số lượng cảm biến nhiệt độ

• Loại cảm biến và điện trở

• Vị trí cảm biến

• Giới hạn nhiệt độ sạc

• Giới hạn nhiệt độ xả

• Nhiệt độ phục hồi

• Bộ điều khiển nào đọc từng cảm biến

• Bộ điều khiển nào có thể ngừng sạc

• Bộ điều khiển nào có thể ngừng xả

Một gói nhỏ gọn có thể sử dụng một NTC gần thân tế bào. Một tổ hợp lớn hơn hoặc có dòng điện cao hơn có thể cần các cảm biến riêng biệt gần các tế bào và các bộ phận bảo vệ.

6. Đánh giá việc giám sát và cân bằng nhóm chuỗi

Đối với cấu hình nhiều chuỗi, hãy xác định:

• Số lượng nhóm được giám sát

• Độ chính xác đo điện áp

• Ngưỡng quá tải và xả quá mức

• Độ trễ phát hiện

• Hành vi phục hồi

• Chênh lệch điện áp nhóm cho phép

• Cân bằng điện áp khởi động

• Cân bằng dòng điện

• Điều kiện cân bằng

• Hành vi lỗi khi dây cảm biến bị ngắt kết nối

Cân bằng phải được chọn theo tính nhất quán của tế bào, số lượng sê-ri, phương pháp sạc, độ lão hóa dự kiến ​​và hồ sơ vận hành.

7. Kiểm tra đường dẫn hiện tại thực

Đừng chọn một bảng chỉ theo dòng điện được quảng cáo.

Dòng điện hữu ích phụ thuộc vào:

• MOSFET có điện trở

• Số lượng và cách sắp xếp MOSFET

• Độ dày đồng PCB

• Điện trở hiện tại

• Khả năng chịu lực của tab và mối hàn

• Máy đo và chiều dài dây

• Điện trở đầu nối

• Điều kiện làm mát

• Nhiệt độ bao vây

• Thời gian cao điểm

• Thời gian bảo vệ

Bảng bảo vệ được mô tả là '10 A' có thể không thể mang 10 A liên tục bên trong một thiết bị nhỏ gọn kín mà không tăng nhiệt độ quá mức.

Xếp hạng hiện tại phải được xác nhận trong gói và vỏ dự định.

8. Cân nhắc nguồn điện dự phòng

Cả hai mạch PCM và BMS đều tiêu thụ năng lượng.

Điều này trở nên đặc biệt quan trọng trong:

• Tế bào dung lượng thấp

• Sản phẩm bảo quản lâu dài

• Thiết bị theo dõi

• Cảm biến từ xa

• Thiết bị khẩn cấp

• Sản phẩm có thời gian vận chuyển lâu

• Các thiết bị dành phần lớn thời gian để ngủ

Hệ thống quản lý thông minh có thể cung cấp chế độ vận chuyển hoặc tiêu thụ điện năng thấp nhưng hành vi của nó phải được xác minh. Thông số kỹ thuật quan trọng bao gồm:

• Dòng điện hoạt động bình thường

• Giấc ngủ hiện tại

• Tắt máy hiện tại

• Phương pháp đánh thức

• Hành vi của chế độ lưu trữ

• Phục hồi sau giấc ngủ sâu

Mạch tiên tiến làm tiêu hao pin trong quá trình lưu trữ có thể kém phù hợp hơn PCM đơn giản hơn, ngay cả khi nó cung cấp nhiều tính năng hơn.

9. Ghép Bộ sạc với Bộ hoàn chỉnh

Bộ sạc phải cung cấp cấu hình sạc, giới hạn điện áp và quy định dòng điện chính xác cho cấu hình và hóa học tế bào đã chọn.

PCM hoặc BMS nói chung là một lớp bảo vệ, không phải là bộ điều chỉnh điện tích thông thường.

Một số giải pháp tích hợp kết hợp chức năng quản lý và tính phí, nhưng điều này phải được xác nhận từ thiết kế thực tế. Nhà cung cấp không nên cho rằng bo mạch điều khiển việc sạc chỉ vì nó được gọi là BMS.

Xác nhận:

• Điện áp đầu ra của bộ sạc

• Phạm vi dòng sạc

• Phương pháp chấm dứt phí

• Kiểm soát nhiệt độ

• Hành vi tính phí trước

• Ngưỡng nạp tiền

• Yêu cầu giao tiếp

• Hành vi sau khi cắt bảo vệ

• Khả năng tương thích với đường dẫn điện của máy chủ

10. Xác định lỗi và hành vi phục hồi

Bảo vệ không chỉ là khi pin bị ngắt kết nối. Nhóm thiết bị cũng phải hiểu điều gì sẽ xảy ra sau đó.

Định nghĩa:

• Liệu đường dẫn sạc và xả có được kiểm soát riêng biệt hay không

• Có cần bộ sạc để phục hồi hay không

• Liệu tải có phải được gỡ bỏ hay không

• Việc phục hồi có tự động hay không

• Liệu một lỗi vĩnh viễn có được chốt hay không

• Liệu máy chủ có nhận được mã lỗi hay không

• Liệu dữ liệu được lưu trữ có được giữ lại hay không

• Liệu người dùng có thể khởi động lại thiết bị hay không

• Liệu có cần can thiệp dịch vụ hay không

Hành vi khôi phục không mong muốn có thể tạo ra lỗi trường ngay cả khi mạch bảo vệ hoạt động chính xác.

Tại sao chỉ tên bảo vệ là không đủ

Báo giá chỉ nêu 'Bao gồm PCM' hoặc 'Bao gồm BMS' là không đầy đủ.

Tối thiểu, nhà cung cấp phải xác định:

• Hóa chất hỗ trợ

• Số loạt

• Điện áp sạc tối đa

• Điện áp phát hiện và phục hồi quá tải

• Điện áp phát hiện và phục hồi quá mức

• Ngưỡng sạc quá dòng

• Ngưỡng quá dòng xả

• Phản ứng ngắn mạch

• Khả năng dòng điện liên tục

• Công suất và thời lượng dòng điện đỉnh

• Chức năng theo dõi nhiệt độ

• Chức năng cân bằng tế bào

• Mức tiêu thụ hiện tại

• Giao diện truyền thông

• Chức năng đo nhiên liệu

• Đầu nối và sơ đồ chân

• Hành vi phục hồi

• Kích thước vật lý

Nếu cần có BMS thông minh, tài liệu cũng có thể cần:

• Giao thức truyền thông

• Đăng ký bản đồ

• Tệp cấu hình

• Phiên bản phần mềm

• Thuật toán trạng thái tính phí

• Quá trình hiệu chuẩn

• Phương thức xác thực

• Hành vi lưu giữ dữ liệu

• Quy trình kiểm soát cập nhật và sửa đổi

Tên của bảng chỉ là phần đầu của thông số kỹ thuật.

Những lỗi lựa chọn PCM và BMS phổ biến

Thông tin cần cung cấp cho nhà sản xuất pin LiPo

Yêu cầu hoàn chỉnh cho phép nhà cung cấp pin đề xuất PCM hoặc BMS dựa trên thiết bị thay vì bảng mạch chung.

Yêu cầu về pin

• Điện áp danh định

• Điện áp sạc tối đa

• Công suất cần thiết

• Cấu hình nối tiếp và song song

• Hóa học tế bào ưa thích

• Kích thước pin tối đa

• Giới hạn trọng lượng

• Vòng đời dự kiến

• Nhiệt độ vận hành và bảo quản

• Mục tiêu thời gian sạc

Yêu cầu tải

• Dòng điện điển hình

• Dòng điện liên tục tối đa

• Dòng điện cực đại

• Thời gian cao điểm

• Dòng khởi động

• Dòng khởi động động cơ hoặc bộ sưởi

• Giấc ngủ hiện tại

• Thời gian chạy bắt buộc

• Ngưỡng điện áp thấp của thiết bị

Yêu cầu bảo vệ

• Bảo vệ quá tải

• Bảo vệ quá xả

• Sạc bảo vệ quá dòng

• Xả bảo vệ quá dòng

• Bảo vệ ngắn mạch

• Cảm biến nhiệt độ

• Cầu chì thứ cấp hoặc lớp bảo vệ

• Cân bằng tế bào

• Hành vi khắc phục lỗi bắt buộc

Yêu cầu về pin thông minh

• Hiển thị phần trăm pin

• Độ chính xác của trạng thái tính phí

• Ước tính tình trạng sức khỏe

• Số chu kỳ

• Tính toán thời gian chạy còn lại

• Ghi nhật ký lỗi

• Xác thực pin

• Giao thức truyền thông

• Yêu cầu về phần sụn hoặc đăng ký

Yêu cầu kết nối

• Nhà sản xuất và loạt đầu nối

• Đầu nối giao phối

• Số lượng pin

• Sơ đồ chân

• Phân cực

• Máy đo dây

• Chiều dài dây

• chì NTC

• Cân bằng chì

• Dây thông tin liên lạc

• Hướng thoát cáp

của ZERNE giải pháp pin Li-polymer tùy chỉnh có thể tích hợp lựa chọn tế bào, chức năng PCM hoặc BMS, cảm biến nhiệt độ, đầu nối, hệ thống dây điện và cấu trúc gói xung quanh các yêu cầu về điện và cơ khí của thiết bị OEM.

Cách xác thực hệ thống bảo vệ đã chọn

PCM hoặc BMS đã chọn phải được đánh giá trước tiên ở cấp độ bộ pin và sau đó ở bên trong thiết bị cuối cùng.

Việc xác minh liên quan có thể bao gồm:

• Khả năng tương thích sạc

• Điện áp sạc đầy

• Phát hiện quá tải

• Phát hiện quá xả

• Hoạt động liên tục hiện tại

• Đáp ứng dòng điện đỉnh

• Hành vi khởi động

• Phản ứng ngắn mạch

• Tăng nhiệt độ MOSFET

• Tăng nhiệt độ đầu nối

• Giảm điện áp

• Độ chính xác của cảm biến nhiệt độ

• Hành vi nhiệt độ thấp và cao

• Đo điện áp nhóm nối tiếp

• Cân bằng tế bào

• Độ chính xác của trạng thái tính phí

• Độ ổn định truyền thông

• Hành vi ngủ và thức dậy

• Chế độ vận chuyển hiện tại

• Ghi nhật ký lỗi

• Phục hồi sau khi cắt bảo vệ

• Chu kỳ xả sạc lặp đi lặp lại

• Lưu trữ lâu dài

• Hành vi tắt thiết bị

Việc kiểm tra nên sử dụng các tế bào, dây kết nối, dây điện, đầu nối, vật liệu vỏ, chương trình cơ sở và bộ sạc dành cho mục đích sản xuất.

Pin vượt qua bài kiểm tra dòng điện trên băng ghế mở có thể hoạt động khác nhau bên trong một thiết bị kín. Môi trường nhiệt và đường dẫn dòng điện hoàn chỉnh có thể ảnh hưởng đến sụt áp, nhiệt độ MOSFET, chia sẻ dòng điện và hoạt động cắt.

các Hệ thống kiểm soát chất lượng pin Li-polymer cung cấp thêm thông tin về tính nhất quán của pin, giám sát quá trình, xác minh điện và kiểm soát pin thành phẩm.

Phần kết luận

PCM và BMS đều có thể bảo vệ pin LiPo nhưng chúng được thiết kế cho các cấp độ trách nhiệm khác nhau của hệ thống.

PCM thường cung cấp khả năng bảo vệ điện áp, dòng điện và ngắn mạch cần thiết trong một mạch nhỏ gọn, độ phức tạp thấp. Nó có thể phù hợp khi thiết bị có tải dự đoán được, không yêu cầu thông tin chi tiết về pin và xử lý việc sạc và tắt máy thông thường thông qua các bộ phận khác của hệ thống.

BMS trở nên phù hợp hơn khi pin phải giám sát nhiều nhóm chuỗi, cân bằng các ô, ước tính dung lượng còn lại, ghi lại lỗi, xác thực gói hoặc liên lạc với thiết bị chủ.

Sự lựa chọn không nên chỉ dựa trên kích thước gói, dung lượng hoặc số sê-ri. Một thiết bị một cell nhỏ có thể yêu cầu quản lý thông minh, trong khi một gói lớn hơn có thể chỉ cần sự bảo vệ cơ bản được xác định rõ ràng. Tương tự như vậy, cả nhãn PCM và BMS đều không đảm bảo các chức năng nhiệt độ, cân bằng, đo hoặc giao tiếp cụ thể.

Thông số kỹ thuật bảo vệ cuối cùng phải phù hợp với thành phần hóa học của pin, cấu hình tải, bộ sạc, đường dẫn dòng điện, nhiệt độ vận hành, mục tiêu dự phòng, phần mềm thiết bị và hành vi lỗi dự kiến. Việc xác nhận các yêu cầu này trước khi sản xuất mẫu giúp tránh việc tắt máy gây phiền toái, báo cáo pin không chính xác, nóng quá mức và thiết kế lại sản phẩm ở giai đoạn cuối.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt chính giữa PCM và BMS là gì?

PCM chủ yếu cung cấp khả năng bảo vệ lỗi điện, trong khi BMS có thể kết hợp bảo vệ với giám sát, cân bằng, ước tính trạng thái, chẩn đoán và liên lạc. Các chức năng chính xác khác nhau giữa các sản phẩm, vì vậy thông số kỹ thuật đáng tin cậy hơn tên gọi.

Mọi pin LiPo đều cần PCM hoặc BMS?

Pin lithium polymer có thể sạc lại cần có chiến lược bảo vệ cấp hệ thống phù hợp. Việc bảo vệ có thể được tích hợp vào bộ pin, thiết bị hoặc mạch đủ tiêu chuẩn khác, tùy thuộc vào cấu trúc sản phẩm. Không nên sử dụng tế bào nếu không xác nhận quá mức, xả quá mức, quá dòng, ngắn mạch, sạc và kiểm soát nhiệt phù hợp với ứng dụng.

PCM có giống như PCB bảo vệ không?

Các thuật ngữ thường được sử dụng thay thế cho nhau. Về mặt kỹ thuật, PCB đề cập đến bảng mạch in, trong khi PCM đề cập đến mô-đun mạch bảo vệ hoàn chỉnh. Tuy nhiên, trong báo giá pin thương mại, nhà cung cấp có thể sử dụng PCM, PCB và bảng bảo vệ cho các cụm lắp ráp tương tự.

PCM có thể cân bằng tế bào không?

Một số mô-đun bảo vệ đa ô bao gồm tính năng cân bằng, nhưng nhiều PCM cơ bản thì không. Nếu cần phải cân bằng thì điện áp khởi động, dòng điện, độ chính xác và điều kiện vận hành của nó phải được chỉ định rõ ràng.

BMS có thể sạc pin LiPo không?

Không nhất thiết phải như vậy. BMS có thể giám sát hoặc kiểm soát xem có được phép sạc hay không, nhưng bộ sạc riêng thường điều chỉnh cấu hình dòng điện và điện áp cần thiết. Một số mạch tích hợp kết hợp chức năng sạc và quản lý pin, do đó cấu trúc thực tế phải được xác nhận.

Pin LiPo 1S có cần BMS không?

Gói 1S cơ bản có thể chỉ cần PCM, nhưng BMS có thể phù hợp nếu thiết bị yêu cầu báo cáo trạng thái sạc chính xác, đo dòng điện, liên lạc, xác thực, ghi nhật ký lỗi hoặc các chức năng thông minh khác.

Pin 2S có cần BMS 2S không?

Nó cần một mạch bảo vệ và giám sát được thiết kế cho hai nhóm điện áp mắc nối tiếp. Sản phẩm có thể được gọi là 2S BMS hoặc 2S PCM, nhưng nó phải giám sát cả hai nhóm và đáp ứng các yêu cầu về hóa học, dòng điện, điện áp sạc và cân bằng.

BMS có luôn an toàn hơn PCM không?

Không. Sự an toàn phụ thuộc vào thiết kế hoàn chỉnh, xếp hạng thành phần, cài đặt bảo vệ, chất lượng pin, bộ sạc, hệ thống dây điện, đầu nối, cấu trúc cơ khí và quá trình xác nhận. PCM được chỉ định chính xác có thể phù hợp hơn BMS được kết hợp kém.

NTC có tự bảo vệ nhiệt độ không?

Không. NTC là bộ phận cảm nhận nhiệt độ. Bộ sạc, thiết bị chủ, PCM hoặc BMS phải đọc nó và thực hiện hành động cần thiết khi nhiệt độ vượt quá giới hạn đã xác định.

Tôi nên chọn xếp hạng hiện tại của PCM hoặc BMS như thế nào?

Sử dụng dòng điện liên tục tối đa, dòng điện cực đại, thời lượng cực đại, dòng khởi động hoặc dòng điện ngừng hoạt động, dòng sạc và nhiệt độ hoạt động của thiết bị. Đồng thời kiểm tra tổn thất MOSFET, bố trí bo mạch, dây dẫn, đầu nối, độ sụt điện áp, ngưỡng phát hiện và hiệu suất nhiệt.

Tùy chọn nào tiêu thụ ít năng lượng chờ hơn?

PCM cơ bản thường tiêu thụ ít điện năng hơn BMS có nhiều tính năng nhưng giá trị thực tế lại khác nhau đáng kể. So sánh dòng điện vận hành, chế độ ngủ, tắt máy và chế độ vận chuyển bằng cách sử dụng các thông số kỹ thuật mạch thực.

PCM hoặc BMS có thể được tùy chỉnh cho thiết bị OEM không?

Đúng. Ngưỡng bảo vệ, số lượng sê-ri, khả năng hiện tại, cảm biến nhiệt độ, cân bằng, liên lạc, đo nhiên liệu, đầu nối, sơ đồ chân, chiều dài dây, kích thước vật lý và hành vi phục hồi có thể được thiết kế xung quanh các yêu cầu của thiết bị.