PCB حفاظت باتری مداری است که شرایط غیرعادی مشخص‌شده را تشخیص می‌دهد و بر مسیر توان باتری اثر می‌گذارد. این برد لزوماً شارژر یا یک سیستم مدیریت باتری (BMS) کامل نیست. برای تعیین مشخصات آن، سلول‌ها و توپولوژی پک، خطاهایی که باید تشخیص داده شوند، اتفاقی که پس از هر خطا رخ می‌دهد و نحوه تعامل برد با شارژر و بار را تعریف کنید.
از الزامات سازنده سلول و سیستم واقعی شروع کنید. نام‌هایی مانند «PCB حفاظت»، «PCM» و «BMS» مشخص نمی‌کنند که چه عملکردهایی در برد وجود دارد. برای موضوع جداگانه بالانس سلول‌ها، به طراحی برد بالانس BMS مراجعه کنید.
حفاظت، شارژ و مدیریت وظایف متفاوتی دارند
این عملکردها ممکن است روی یک برد قرار گیرند، اما باید جداگانه مشخص شوند:
- حفاظت شرایط غیرعادی تعریف‌شده را تشخیص می‌دهد و واکنش حفاظتی را آغاز می‌کند؛ این کار اغلب با کنترل کلیدهای خارجی در مسیر شارژ یا دشارژ انجام می‌شود. شرایط، واکنش و بازیابی به طراحی بستگی دارند.
- شارژ انرژی تحویلی به باتری را مطابق الزامات شارژ سلول‌های انتخاب‌شده کنترل می‌کند. پایان عادی شارژ وظیفه شارژر است؛ قطع حفاظتی در برابر اضافه‌ولتاژ جایگزین آن نیست.
- مدیریت باتری می‌تواند پایش و حفاظت را با عملکردهایی مانند بالانس، عیب‌یابی یا ارتباطات ترکیب کند. این عملکردها به نحوه پیاده‌سازی بستگی دارند و صرف نام BMS وجود آن‌ها را تضمین نمی‌کند.
این تفاوت در مستندات قطعات نیز دیده می‌شود. خانواده BQ2970 از Texas Instruments، که در دیتاشیت SLUSBU9I توضیح داده شده، یک محافظ تک‌سلولی است که با FETهای خارجی به کار می‌رود. پسوند دقیق قطعه و پیکربندی آن بر آستانه‌ها و رفتار بازیابی اثر دارند؛ نام خانواده به‌تنهایی وجود حفاظت دمایی در یک ماژول را ثابت نمی‌کند.
BQ24072، که در دیتاشیت SLUS810N توضیح داده شده، یک شارژر تک‌سلولی با مراحل شارژ تعریف‌شده است. این قطعه جایگزینی همه‌منظوره برای حفاظت پک نیست. BQ76952، که در دیتاشیت SLUSE13B توضیح داده شده، یک پایشگر و محافظ قابل‌پیکربندی است که به مدار خارجی نیاز دارد؛ خود این آی‌سی نه یک BMS کامل است و نه یک شارژر جریان ثابت/ولتاژ ثابت (CC/CV).
برد ارزیابی می‌تواند به مهندس در بررسی یک قطعه کمک کند، اما مدرکی برای تأیید صلاحیت یک پک تولیدی نیست. برای مثال، BQ29700EVM-610 یک برد ارزیابی است، نه مدرکی مبنی بر اینکه یک مجموعه باتری مشخص اعتبارسنجی سیستم را با موفقیت گذرانده است.
پیش از انتخاب برد، عملکردها را انتخاب کنید
سطح مناسب حفاظت به پک و تجهیزات پیرامون آن بستگی دارد. برای تعیین مرز عملکردی، از پرسش‌های زیر استفاده کنید:
- از چه چیزی محافظت می‌شود؟ شیمی و مدل دقیق سلول، آرایش سری/موازی، محدودیت‌های سازنده سلول و الزامات کاربرد را مشخص کنید.
- چه چیزی شارژ را کنترل می‌کند؟ شارژر، رابط آن با پک و رفتار عادی کنترل شارژ را مشخص کنید. بیان کنید که شارژر روی برد حفاظت قرار دارد یا در جای دیگری است.
- چه چیزی باید قطع شود؟ مسیرهای شارژ و دشارژ، پورت‌های مشترک یا مجزا و هر اتصالی را که باید هنگام خطا برای پایش یا ارتباطات در دسترس بماند، مشخص کنید.
- چه چیزهایی باید اندازه‌گیری شوند؟ ولتاژهای موردنیاز سلول یا پک، جهت جریان، محل‌های حس‌کردن دما و هرگونه قابلیت عیب‌یابی را مشخص کنید. فرض نکنید که یک برد همه سلول‌ها یا همه نقاط داغ مرتبط را اندازه‌گیری می‌کند.
- پس از خطا چه اتفاقی می‌افتد؟ مشخص کنید که کارکرد به‌طور خودکار از سر گرفته می‌شود، به شرایط خاصی در شارژر یا بار وابسته است، به فرمان نیاز دارد یا مداخله دیگری لازم است. این موضوع را برای هر عملکرد حفاظتی تأیید کنید.
- چه عملکردهای مدیریتی لازم است؟ مشخص کنید که آیا بالانس، ارتباطات، گزارش وضعیت یا ثبت رویدادها لازم است یا نه. اگر هیچ‌کدام لازم نیست، این را صریحاً بیان کنید.
یک محافظ ساده ممکن است برای طرحی با الزامات عملکردی محدود مناسب باشد، در حالی که یک پایشگر/محافظ قابل‌پیکربندی‌تر برای سیستمی مناسب باشد که به قابلیت مشاهده یا کنترل بیشتری نیاز دارد. هیچ‌یک از این دو انتخاب، نیاز به تعیین مشخصات و اعتبارسنجی مدار پیرامونی و پک را برطرف نمی‌کند.
جدول تصمیم‌گیری از خطا تا شواهد
برای هر خطای مرتبط، شرط تشخیص، آستانه و تلرانس، تأخیر، محل اندازه‌گیری، واکنش مسیر توان و شرط بازیابی را درخواست کنید. پسوند دقیق قطعه، پیکربندی و شواهد پشتیبان را نیز بخواهید.
| خطا یا رفتار | مواردی که باید برای کاربرد تعریف شوند | پرسش‌ها از تأمین‌کننده برد یا مسئول طراحی |
|---|---|---|
| ولتاژ غیرعادی | کدام ولتاژهای سلول یا پک باید هنگام شارژ و دشارژ پایش شوند؟ کدام الزامات سازنده سلول اعمال می‌شوند؟ | چه شرایط اضافه‌ولتاژ و کم‌ولتاژی تشخیص داده می‌شوند؟ آستانه‌ها، تلرانس‌ها و تأخیرهای آن‌ها چقدر است؟ ولتاژ در کجا اندازه‌گیری می‌شود؟ کدام مسیر قطع می‌شود و چه چیزی حفاظت را از حالت فعال خارج می‌کند؟ |
| اضافه‌جریان شارژ | جریان شارژ پیوسته و پیک، مدت جریان پیک، رفتار شارژر و مسیر شارژ موردنظر. | جریان شارژ چگونه و در کجا اندازه‌گیری می‌شود؟ چه آستانه، تلرانس و تأخیری اعمال می‌شود؟ آیا واکنش فقط شارژ را متوقف می‌کند یا بر دشارژ نیز اثر دارد؟ چه شرایطی در شارژر امکان بازیابی را فراهم می‌کند؟ |
| اضافه‌جریان دشارژ | جریان دشارژ پیوسته و پیک، مدت جریان پیک و رفتار موردانتظار بار. | جریان دشارژ چگونه و در کجا اندازه‌گیری می‌شود؟ چه آستانه، تلرانس و تأخیری اعمال می‌شود؟ کدام مسیر قطع می‌شود؟ آیا بازیابی به جدا کردن بار، انتظار یا شرط دیگری بستگی دارد؟ |
| اتصال کوتاه | محل‌هایی که باید اتصال کوتاه در آن‌ها مدیریت شود و واکنش موردنظر پک و سیستم متصل. | اتصال کوتاه چگونه از سایر شرایط اضافه‌جریان تشخیص داده می‌شود؟ چه آستانه تشخیص، تلرانس و تأخیری اعمال می‌شود؟ چه چیزی جریان را قطع می‌کند و شرایط بازیابی چیست؟ چه شواهدی رفتار اعلام‌شده را تأیید می‌کنند؟ |
| دما | اینکه آیا حفاظت دمایی برای شارژ، دشارژ یا هر دو لازم است؛ الزامات سازنده سلول؛ و محل‌هایی که به حسگر نیاز دارند. | آیا حسگر دما واقعاً نصب و فعال شده است؟ حسگرها در کجا قرار دارند؟ چه شرایط، آستانه‌ها، تلرانس‌ها و تأخیرهایی اعمال می‌شوند؟ کدام مسیر تحت تأثیر قرار می‌گیرد و از چه زمانی ازسرگیری کار مجاز است؟ |
| بازیابی و تعامل با شارژر | رفتار موردانتظار پس از هر خطا، از جمله آنچه شارژر و بار در زمان قطع مسیر انجام خواهند داد. | آیا بازیابی برای هر خطا خودکار است یا به شرایطی بستگی دارد؟ آیا اتصال یا جدا کردن شارژر یا بار، بازیابی را تغییر می‌دهد؟ آیا شارژر می‌تواند بدون آنکه محافظ را مکرراً به حالت قطع ببرد، کنترل عادی را از سر بگیرد؟ چه مواردی برای سیستم قابل مشاهده است؟ |
آستانه باید همراه با تلرانس و تأخیر آن مشخص شود. در مشخصات قطع نیز باید مسیر تحت تأثیر و رفتار بازیابی تعیین شوند. شرایطی را که شواهد تأمین‌کننده در آن‌ها معتبر است، از جمله پیکربندی و اتصالات استفاده‌شده، درخواست کنید.
دما به توجه ویژه نیاز دارد: نام یک آی‌سی یا ماژول محافظ مشخص نمی‌کند که حسگر دما وجود دارد، در کجا اندازه‌گیری می‌کند یا شارژ، دشارژ یا هر دو را کنترل می‌کند.
رابط الکتریکی و مکانیکی را مشخص کنید
یک مشخصات مفید، پک را در حال کار توصیف می‌کند، نه فقط با برچسب نامی آن. موارد زیر را درج کنید:
- سلول‌ها و توپولوژی: شیمی، سازنده و مدل؛ تعداد سلول‌های سری و موازی؛ و مستندات مرتبط سازنده سلول.
- پروفایل جریان: جریان‌های شارژ و دشارژ پیوسته و پیک، مدت جریان‌های پیک و شرایط کاری موردانتظار. الزامات شارژ و دشارژ را جداگانه نگه دارید.
- اتصالات: انشعاب‌های سلول، خروجی پک، اتصال شارژر، اتصال بار، اتصالات حسگر و هر رابط ارتباطی یا وضعیت. مسیرهای مشترک و مجزای شارژ/دشارژ را مشخص کنید.
- شارژر: سازنده و مدل، در صورت انتخاب، رفتار کاری موردنظر و نحوه واکنش آن هنگام قطع مسیر باتری.
- محیط: شرایط کارکرد و نگهداری مرتبط با مجموعه، محدودیت‌های حرارتی موردانتظار، محفظه و شرایط مواجهه محیطی.
- محدودیت‌های فیزیکی: ابعاد و شکل برد، ارتفاع موجود، نحوه نصب، رابط‌های کانکتور و کابل، فاصله‌های مجاز و نحوه قرارگیری PCB در پک.
- الزامات عملکردی: حفاظت، حس‌کردن، عیب‌یابی، بالانس و ارتباطات موردنیاز، از جمله آنچه میزبان باید بتواند مشاهده یا کنترل کند.
برای سلول‌های موازی، اتصالات موردنظر و فرضیات مربوط به تقسیم جریان را مستند کنید؛ جریان کل پک به‌تنهایی اطلاعات طراحی کافی نیست. برای سلول‌های سری، مشخص کنید که ولتاژ کدام سلول‌ها یا گروه‌های منفرد باید در دسترس مدار حفاظت و مدیریت باشد.
منبع هر الزام را نیز مشخص کنید. پروفایل جریان از بار، محدودیت‌های شارژ از سازنده سلول و محدودیت کانکتور از محفظه، ورودی‌های متفاوتی هستند؛ حفظ قابلیت ردیابی آن‌ها ارزیابی تغییرات بعدی را آسان‌تر می‌کند.
در درخواست استعلام قیمت ساخت یا مونتاژ چه مواردی درج شود
استعلام قیمت ساخت یا مونتاژ برد زمانی بیشترین فایده را دارد که تأمین‌کننده بتواند دقیقاً تشخیص دهد چه چیزی ساخته می‌شود و چه پرسش‌هایی هنوز بی‌پاسخ مانده‌اند. فایل‌های دارای کنترل بازنگری ارائه کنید و مشخص کنید که درخواست شامل برد خام، تأمین قطعات، مونتاژ یا ترکیبی از آن‌هاست.
در صورت کاربرد، موارد زیر را درج کنید:
- بازنگری طراحی PCB و خروجی‌های ساخت، همراه با مشخصات ماده، لایه‌چینی و سایر الزامات برد که مسئول طراحی تعیین کرده است.
- بازنگری مونتاژ و فهرست قطعات مرتبط (BOM)، شامل شماره‌قطعه‌های سازنده، جایگزین‌های تأییدشده و قطعاتی که مشتری تأمین می‌کند.
- مستندات مونتاژ، اطلاعات جانمایی قطعات و یادداشت‌های لازم برای تفکیک گزینه‌های نصب‌شده و نصب‌نشده.
- محدودیت‌های الکتریکی، حرارتی و مکانیکی مؤثر بر برد یا مجموعه، از جمله رابط‌ها و پروفایل جریان شرح‌داده‌شده در بالا.
- تعداد و مرحله موردنظر ساخت، تا درخواست به دامنه مشخصی مربوط باشد.
- الزامات بازرسی و سوابق یا سایر شواهدی که همراه ساخت درخواست می‌شوند.
- پرسش‌های باز درباره امکان‌پذیری، از جمله هر ویژگی طراحی، قطعه یا مستندی که تأمین‌کننده باید پیش از اعلام قیمت بررسی کند.
راهنمای قطعات و BOM و چک‌لیست طراحی برای مونتاژ نقاط شروع مفیدی برای آماده‌سازی این بسته هستند. تنظیمات حفاظتی یا جایگزینی قطعات را به‌صورت ضمنی رها نکنید: قطعه یا پیکربندی جایگزین می‌تواند رفتاری را که مسئول طراحی باید بررسی کند، تغییر دهد.
از APTPCB بخواهید دامنه و امکان‌پذیری ساخت یا مونتاژ درخواستی را تأیید کند. فرض نکنید که قیمت برد شامل طراحی پک سلول‌ها، آزمون ایمنی، اخذ گواهی یا تأیید صلاحیت سیستم است.
برای راستی‌آزمایی در سطح برد و پک برنامه‌ریزی کنید
پیش از انتشار، درباره شواهد موردنیاز توافق کنید و آن‌ها را به الزامات جدول خطا مرتبط سازید. در سطح برد یا مجموعه، مسئول طراحی باید مشخص کند که بازنگری تحویلی و قطعات نصب‌شده چگونه با فایل‌های تأییدشده و BOM تطبیق داده می‌شوند. هرگونه بازرسی یا مستنداتی که از تأمین‌کننده درخواست می‌شود باید به‌صراحت در درخواست استعلام قیمت ذکر و به‌عنوان بخشی از دامنه موردتوافق تأیید شود.
به‌طور جداگانه، تیم مهندسی مسئول به یک برنامه اعتبارسنجی پک و سیستم با استفاده از سلول‌ها، شارژر، بار، محفظه و رابط‌های موردنظر واقعی نیاز دارد. این برنامه باید شرایط قابل‌اعمال، معیارهای پذیرش و سوابق مربوط به موارد زیر را تعریف کند:
- تشخیص، قطع حفاظتی و بازیابی برای هر خطای مشخص‌شده.
- رفتار شارژر و بار پیش از قطع حفاظتی، حین آن و پس از آن.
- حس‌کردن، عیب‌یابی، بالانس و ارتباطات موردنیاز، در مواردی که پیاده‌سازی شده‌اند.
- رفتار الکتریکی و حرارتی در مجموعه و محیط موردنظر.
- الزامات ایمنی و انطباق قابل‌اعمال برای محصول نهایی و بازار هدف آن.
این برنامه همچنین باید مشخص کند که مسئول هر فعالیت چه کسی است و کدام سخت‌افزار و پیکربندی ارزیابی شده‌اند. یک PCB ساخته‌شده یا مدار حفاظت مونتاژشده بخشی از این شواهد است؛ اما به‌تنهایی ایمنی یا انطباق پک نهایی یا سیستم را اثبات نمی‌کند.
وقتی الزامات و بسته ساخت آماده شد، همراه با فایل‌ها، تعداد، شواهد درخواستی و پرسش‌های مربوط به دامنه، درخواست استعلام قیمت ثبت کنید یا با APTPCB تماس بگیرید.