Un circuit imprimé de protection de batterie détecte des conditions anormales définies et agit sur le chemin de puissance de la batterie. Il ne constitue pas automatiquement un chargeur ni un système complet de gestion de batterie (BMS). Pour le spécifier, il faut définir les cellules et la topologie du pack, les défauts à détecter, la réponse à chaque défaut et les interactions de la carte avec le chargeur et la charge.

Partez des exigences du fabricant des cellules et du système réel. Des désignations de carte telles que « circuit imprimé de protection », « PCM » et « BMS » ne permettent pas d’établir les fonctions effectivement présentes. Pour la question distincte de l’équilibrage des cellules, consultez la conception d’une carte d’équilibrage BMS.

Protection, charge et gestion : des rôles distincts

Ces fonctions peuvent être réunies sur une même carte, mais elles doivent être spécifiées séparément :

La protection détecte des conditions anormales définies et déclenche une réponse de protection, souvent en commandant des interrupteurs externes sur le chemin de charge ou de décharge. Les conditions, la réponse et le rétablissement dépendent de la conception.
La charge régule l’énergie délivrée à la batterie selon les exigences de charge des cellules choisies. La fin de charge normale relève du chargeur ; une coupure de protection contre les surtensions ne la remplace pas.
La gestion de batterie peut associer surveillance et protection à des fonctions telles que l’équilibrage, le diagnostic ou les communications. Ces fonctions relèvent de choix de mise en œuvre et ne sont pas garanties par la seule désignation BMS.

La documentation des composants illustre cette distinction. La famille BQ2970 de Texas Instruments, décrite dans la fiche technique SLUSBU9I, regroupe des circuits de protection pour cellule unique utilisés avec des FET externes. Le suffixe exact de la référence et la configuration influent sur les seuils et le comportement de rétablissement ; le nom de la famille ne garantit pas la présence d’une protection thermique dans un module.

Le BQ24072, décrit dans la fiche technique SLUS810N, est un chargeur pour cellule unique avec des phases de charge définies. Il ne remplace pas universellement la protection du pack. Le BQ76952, décrit dans la fiche technique SLUSE13B, est un circuit configurable de surveillance et de protection qui nécessite des circuits externes ; le circuit intégré seul n’est ni un BMS complet ni un chargeur à courant constant et tension constante (CC/CV).

Une carte d’évaluation peut aider un ingénieur à étudier un composant, mais elle ne prouve pas qu’un pack de production est qualifié. Par exemple, la BQ29700EVM-610 est une carte d’évaluation et ne prouve pas qu’un assemblage de batterie donné a passé la validation système.

Choisir les fonctions avant de choisir la carte

Le niveau de protection approprié dépend du pack et des équipements qui l’entourent. Utilisez les questions suivantes pour définir le périmètre fonctionnel :

Que faut-il protéger ? Identifiez la chimie et le modèle exact des cellules, la configuration série/parallèle, ainsi que les limites et les exigences d’application du fabricant des cellules.
Qui commande la charge ? Identifiez le chargeur, son interface avec le pack et son comportement normal de régulation de charge. Précisez si le chargeur se trouve sur la carte de protection ou ailleurs.
Que faut-il interrompre ? Identifiez les chemins de charge et de décharge, les ports communs ou séparés, ainsi que les connexions qui doivent rester disponibles pour la surveillance ou les communications pendant un défaut.
Que faut-il mesurer ? Spécifiez les tensions de cellule ou de pack requises, le sens du courant, les emplacements de mesure de température et les diagnostics éventuels. Ne supposez pas qu’une carte mesure chaque cellule ou chaque point chaud pertinent.
Que se passe-t-il après un défaut ? Définissez si le fonctionnement reprend automatiquement, s’il dépend d’une condition du chargeur ou de la charge, s’il nécessite une commande ou une autre intervention. Confirmez ce point pour chaque fonction de protection.
Quelles fonctions de gestion sont nécessaires ? Indiquez si l’équilibrage, les communications, la remontée d’état ou l’enregistrement des événements sont requis. Si aucune ne l’est, précisez-le.

Un circuit de protection simple peut convenir à une conception dont les exigences fonctionnelles sont limitées, tandis qu’un circuit de surveillance et de protection plus configurable peut être adapté lorsque le système exige davantage de visibilité ou de contrôle. Dans les deux cas, il reste nécessaire de spécifier et de valider les circuits environnants et le pack.

Tableau de décision : des défauts aux preuves

Pour chaque défaut applicable, demandez la condition de détection, le seuil et sa tolérance, la temporisation, le point de mesure, la réponse du chemin de puissance et la condition de rétablissement. Demandez le suffixe exact de la référence, la configuration et les preuves justificatives.

Défaut ou comportement	À définir pour l’application	Questions au fournisseur de la carte ou au responsable de la conception
Tension anormale	Quelles tensions de cellule ou de pack doivent être surveillées pendant la charge et la décharge ? Quelles exigences du fabricant des cellules s’appliquent ?	Quelles conditions de surtension et de sous-tension sont détectées ? Quels sont leurs seuils, tolérances et temporisations ? Où la tension est-elle mesurée ? Quel chemin est interrompu et qu’est-ce qui désactive la protection ?
Surintensité de charge	Courant de charge continu et de pointe, durée des pointes, comportement du chargeur et chemin de charge prévu.	Comment et où le courant de charge est-il mesuré ? Quels seuil, tolérance et temporisation s’appliquent ? La réponse arrête-t-elle uniquement la charge ou affecte-t-elle aussi la décharge ? Quelle condition du chargeur permet le rétablissement ?
Surintensité de décharge	Courant de décharge continu et de pointe, durée des pointes et comportement attendu de la charge.	Comment et où le courant de décharge est-il mesuré ? Quels seuil, tolérance et temporisation s’appliquent ? Quel chemin est interrompu ? Le rétablissement dépend-il de la déconnexion de la charge, d’une temporisation ou d’une autre condition ?
Court-circuit	Les emplacements auxquels un court-circuit doit être pris en compte et la réponse prévue du pack et du système connecté.	Comment un court-circuit est-il distingué d’une autre condition de surintensité ? Quels seuil de détection, tolérance et temporisation s’appliquent ? Qu’est-ce qui interrompt le courant et quelles sont les conditions de rétablissement ? Quelles preuves étayent le comportement annoncé ?
Température	La nécessité d’une protection thermique pour la charge, la décharge ou les deux ; les exigences du fabricant des cellules ; et les emplacements à surveiller.	La mesure de température est-elle réellement présente et activée ? Où les capteurs sont-ils placés ? Quelles conditions, quels seuils, tolérances et temporisations s’appliquent ? Quel chemin est affecté et quand la reprise du fonctionnement est-elle autorisée ?
Rétablissement et interaction avec le chargeur	Comportement attendu après chaque défaut, notamment la réaction du chargeur et de la charge pendant l’interruption du chemin.	Pour chaque défaut, le rétablissement est-il automatique ou conditionnel ? La connexion ou la déconnexion du chargeur ou de la charge modifie-t-elle le rétablissement ? Le chargeur peut-il reprendre sa régulation normale sans provoquer de coupures répétées de la protection ? Quelles informations sont visibles par le système ?

Un seuil doit être accompagné de sa tolérance et de sa temporisation. Une spécification de coupure doit également identifier le chemin affecté et le comportement de rétablissement. Demandez les conditions dans lesquelles les preuves du fournisseur sont valables, notamment la configuration et les connexions utilisées.

La température mérite une attention particulière : le nom d’un circuit intégré ou d’un module de protection ne permet pas d’établir si un capteur de température est présent, où il mesure, ni s’il commande la charge, la décharge ou les deux.

Spécifier l’interface électrique et mécanique

Une exigence utile décrit le pack en fonctionnement, et pas seulement ses caractéristiques nominales. Incluez :

Cellules et topologie : chimie, fabricant et modèle ; nombre de cellules en série et en parallèle ; et documents pertinents du fabricant des cellules.
Profil de courant : courants continus et de pointe en charge et en décharge, durée des pointes et conditions de fonctionnement prévues. Distinguez les exigences de charge et de décharge.
Connexions : prises de mesure des cellules, sortie du pack, connexion du chargeur, connexion de la charge, connexions des capteurs et interfaces de communication ou d’état éventuelles. Identifiez les chemins de charge et de décharge communs ou séparés.
Chargeur : fabricant et modèle s’ils ont été choisis, comportement de fonctionnement prévu et réaction lorsque le chemin de puissance de la batterie est interrompu.
Environnement : conditions de fonctionnement et de stockage pertinentes pour l’assemblage, contraintes thermiques prévues, boîtier et conditions d’exposition.
Contraintes physiques : contour de la carte, hauteur disponible, fixation, interfaces des connecteurs et câbles, dégagements et intégration du circuit imprimé dans le pack.
Exigences fonctionnelles : protections, mesures, diagnostics, équilibrage et communications requis, y compris ce que le système hôte doit pouvoir observer ou commander.

Pour les cellules en parallèle, documentez les connexions prévues et les hypothèses de répartition du courant, plutôt que de considérer le courant total du pack comme une information de conception suffisante. Pour les cellules en série, précisez quelles tensions de cellule individuelle ou de groupe doivent être accessibles aux circuits de protection et de gestion.

Identifiez également la source de chaque exigence. Un profil de courant issu de la charge, des limites de charge fournies par le fabricant des cellules et une contrainte de connecteur liée au boîtier sont des données d’entrée différentes ; leur traçabilité facilite l’évaluation des modifications ultérieures.

Que mettre dans une demande de devis de fabrication ou d’assemblage

Un devis de fabrication ou d’assemblage de carte est d’autant plus utile que le fournisseur peut identifier précisément ce qui doit être réalisé et les questions qui restent ouvertes. Fournissez des fichiers dont les révisions sont maîtrisées et précisez si la demande porte sur le circuit imprimé nu, l’approvisionnement des composants, l’assemblage ou une combinaison de ces prestations.

Selon le cas, incluez :

La révision de la conception du circuit imprimé et les fichiers de fabrication, avec le matériau, l’empilage et les autres exigences relatives à la carte définis par le responsable de la conception.
La révision de l’assemblage et la nomenclature pertinente, y compris les références fabricant, les alternatives approuvées et les pièces fournies par le client.
La documentation d’assemblage, les informations de placement des composants et les notes nécessaires pour distinguer les options montées et non montées.
Les contraintes électriques, thermiques et mécaniques qui concernent la carte ou l’assemblage, notamment les interfaces et le profil de courant décrits ci-dessus.
La quantité et la phase de réalisation prévue, afin de rattacher la demande à un périmètre précis.
Les exigences d’inspection et les enregistrements ou autres preuves demandés avec la réalisation.
Les questions de faisabilité en suspens, notamment les caractéristiques de conception, composants ou documents que le fournisseur devrait examiner avant d’établir son devis.

Le guide des composants et de la nomenclature et la liste de contrôle de conception pour l’assemblage constituent de bons points de départ pour préparer le dossier. Ne laissez pas les réglages de protection ni les substitutions de composants implicites : un composant de remplacement ou une autre configuration peut modifier le comportement que le responsable de la conception doit vérifier.

Demandez à APTPCB de confirmer le périmètre et la faisabilité de la fabrication ou de l’assemblage demandé. Ne supposez pas qu’un devis de carte comprend la conception du pack de cellules, les essais de sécurité, la certification ou la qualification du système.

Planifier la vérification aux niveaux de la carte et du pack

Convenez des preuves à fournir avant la mise en production et reliez-les aux exigences du tableau des défauts. Au niveau de la carte ou de l’assemblage, le responsable de la conception doit définir comment la révision livrée et les composants montés seront vérifiés par rapport aux fichiers et à la nomenclature approuvés. Toute inspection ou documentation demandée au fournisseur doit être explicitée dans la demande de devis et confirmée dans le périmètre convenu.

Par ailleurs, l’équipe d’ingénierie responsable doit disposer d’un plan de validation du pack et du système utilisant les cellules, le chargeur, la charge, le boîtier et les interfaces prévus. Ce plan doit définir les conditions applicables, les critères d’acceptation et les enregistrements pour :

La détection, l’interruption et le rétablissement de la protection pour chaque défaut spécifié.
Le comportement du chargeur et de la charge avant, pendant et après une interruption de protection.
Les mesures, diagnostics, fonctions d’équilibrage et communications requis, lorsqu’ils sont mis en œuvre.
Le comportement électrique et thermique dans l’assemblage et l’environnement prévus.
Les exigences de sécurité et de conformité applicables au produit fini et à son marché cible.

Le plan doit également préciser le responsable de chaque activité ainsi que le matériel et la configuration évalués. Un circuit imprimé fabriqué ou un circuit de protection assemblé constitue un élément de ces preuves ; il ne suffit pas à lui seul à établir la sécurité ou la conformité du pack fini ou du système.

Lorsque les exigences et le dossier de réalisation sont prêts, demandez un devis ou contactez APTPCB en fournissant les fichiers, les quantités, les preuves demandées et vos questions sur le périmètre.