Osazování desek plošných spojů BMS je více než jen SMT: Co dělá desku BMS spolehlivou?

Obsah

1. Proč nelze spolehlivost BMS vybudovat pouze pomocí SMT

2. Konstrukční volby, které se stávají riziky pro montáž

3. Řízení výroby, které jde nad rámec umístění komponent

4. Inspekce odhalila závady; funkční testování prokázalo ochranu

5. Co by si měli inženýři definovat před vyžádáním cenové nabídky na desky plošných spojů BMS

6. Závěr

7. Nejčastější dotazy

Vzhledem k rostoucí popularitě elektromobilů, systémů pro ukládání energie a průmyslových baterií se očekává, že globální trh se systémy pro správu baterií překročí 12 miliard dolarů. in 2026 (Grand View Research). Vzhledem k neustálému růstu objemů výroby BMS si výrobci již nemohou dovolit považovat osazování desek plošných spojů BMS za další úkol v oblasti povrchové montáže. Tento proces je mnohem náročnější než osazování jiných typů desek plošných spojů.

Tento článek nastíní aspekty, které činí systém správy baterií spolehlivým, a co odlišuje jeho výrobní proces od tradičního SMT PCB. Kromě toho poskytne několik tipů k informacím potřebným k vyžádání cenové nabídky na montáž BMS PCB.

Proč nelze spolehlivost BMS vybudovat pouze pomocí SMT

Přestože je přesné umístění součástek zásadní, očekává se, že deska plošných spojů BMS bude plnit funkce, které běžná spotřebitelská deska nikdy nebude muset plnit. bSystém správy baterií Deska plošných spojů (PCBA) se nachází na spojení mezi napětím článků a čímkoli, co je třeba chránit, jako jsou lidé, stroje a baterie.

Co musí kompletní deska BMS monitorovat a kontrolovat

Po sestavení deska BMS neustále monitoruje napětí článku, proud akumulátoru a teplotu, aby zajistila bezpečný provoz baterie. Na základě shromážděných informací v případě potřeby řídí vyvažovací obvody, stykače a ochranné spínače. I ten nejmenší výrobní problém, jako je špatná pájka,... jointy, špatně zarovnaný paralelní rezistor nebo jakákoli kontaminace obvodu ovlivní přesnost měření nebo reakci ochrany. V systémech s lithiovými bateriemi mohou takové chyby snížit schopnost BMS detekovat nebo správně reagovat na abnormální podmínky.

Přesné výpočty stavu nabití (SOC) a stavu baterie (SOH) se také spoléhají na stabilní provoz senzorů po celou dobu životnosti baterie, spíše než na fázi testování. Výrobní problém, který se zpočátku nezdá být kritický, jako je zvýšený odpor snímacího vodiče, se během dalších cyklů ohřevu a chlazení zhorší.

Proč výkonové a přesné obvody vytvářejí výrobní výzvy

Vysokopounosné vodiče jsou na desce BMS obvykle vedeny blízko nízkoúrovňových signálních obvodů. I když se jedná o prostorově úsporné uspořádání, zvyšuje to náročnost montáže. standardní SMT montáž Různé velikosti součástek, struktury plošek a měděné plochy mohou vytvářet různé tepelné požadavky. V případě desek BMS se však používají velké měděné plochy v kombinaci s velmi citlivými signálovými řetězci a konvenční nastavení pájení reflow nemusí poskytnout očekávané výsledky pro celou desku.

Dobrým příkladem je oblast o velikosti dvou uncí mědi poblíž součástky z oceli 0402. Jejich rozdílné tepelné hmotnosti mohou vytvořit širší procesní okno, které je nutné zohlednit při profilování přetavením. Profil přetavení by proto měl být optimalizován pro celou sestavu tak, aby jak oblasti s vysokou tepelnou hmotností, tak i blízké malé součástky zůstaly v přijatelných mezích pájení a teploty.

Konstrukční volby, které se stávají riziky pro montáž

Vysokopounosné cesty a napájecí připojení

Mnoho montážní problémy umět pocházejí z fáze návrhu desky plošných spojů. Problémy, jako je hmotnost mědi, šířka vodičů a velikosti plošek, mají přímý vliv na to, jak se deska bude chovat během pájení. Pájecí plošky s vysokým výkonem a těžké měděné součástky vedou teplo odlišným způsobem ve srovnání s malými signálními zařízeními v jejich okolí. Proto nemohou všechny sdílet stejné množství pájecí pasty.

Vzhledem k povaze osazování desek plošných spojů s vysokým výkonem v systémech BMS nestačí pouze návrh šablony. Je důležité zvážit návrh šablony, aplikaci pájecí pasty a proces přetavování ve vztahu k vysoce výkonným součástkám, aniž by to ohrozilo nízkovýkonné součástky v jejich okolí.

Přesné snímání a umístění bočníkových rezistorů

Zkratové rezistory a zesilovače snímání proudu zajišťují jedno z nejcitlivějších měření prováděných na desce plošných spojů a umístění těchto prvků v blízkosti drah s vysokým proudem má přímý vliv na jejich přesnost. Pouhý small, změna orientace během umístění nebo prosakování pájky pod bočníkem může zavést dodatečný odpor nebo chybu měření.

Tepelný management a umístění komponent

Teplo produkované výkonovým MOSFETem, vyvažovacími rezistory a obvody pro snímání proudu je třeba regulovat, aby bylo zajištěno přesné měření teplot. Aby to bylo zajištěno, inženýři během výroby desek plošných spojů BMS dbají na umístění měděných litin a tepelných prostupů tak, aby bylo teplo odváděno od teplotních senzorů.

Izolace, komunikace a testovací přístup

Vysokonapěťové nebo distribuované desky BMS mohou používat izolátory nebo optočleny k odděleněe obvody vysokonapěťové baterie od nízkonapěťových komunikačních a řídicích obvodů. Během montáže je důležité dosáhnout správných hodnot povrchové cesty a vzdušné vzdálenosti. Stává se velmi obtížné na provést zkoušky v obvodu v případě, že měřené body nejsou přístupné ani po nanesení konformního povlaku.

Komunikační rozhraní přes CAN, UART a izolované SPI odesílá vyvažovací příkazy a informace o poruše přes izolační bariéru. I sebemenší posunutí v blízkosti izolátoru vede k nižší hodnotě povrchové cesty, aniž by to vyvolalo jakoukoli poruchu. K těmto problémům dochází pouze při výskytu vysokonapěťových špiček. Z tohoto důvodu se izolační plochy vždy kontrolují s ohledem na rozložení desky plošných spojů BMS.

Řízení výroby, které jde nad rámec umístění komponent

DFM, kusovník a kontrola materiálu

Každá deska, která bude umístěna na SMT lince, je nejprve analyzována zkušeným výrobním partnerem BMS PCBA, který zkontroluje kusovník, zda neobsahuje zastaralé součástky, nevhodné náhrady a součástky s dlouhou dodací lhůtou. V analýze návrhu pro výrobu jsou identifikovány nesouososti půdorysu, nedostatečná vůle a problematické návrhy otvorů šablony, které neposkytují dostatek pájecí pasty na napájecí kontakty.

Výměna součástek v desce BMS vyžaduje zvláštní pozornost, protože výměna přesného rezistoru nebo reference dostatečně posune toleranční soustavu, aby ovlivnila kalibraci desky. Proces kontroly materiálů identifikuje takové potenciální změny, aby technické oddělení mohlo rozhodnout, zda je to vhodné či nikoli.

Speciální řízení procesů pro výkonové a senzorické komponenty

Součástky jako přesné rezistory, proudové snímací bočníky a izolátory často vyžadují více péče, než jakou lze dosáhnout běžným procesem SMT. Mohou nastat případy, kdy některé z nich budou vyžadovat speciální profily reflow, selektivní vlnové pájení konektorů s průchozími otvory a ruční kontrolu, kterou je obtížné ověřit automatizovanými systémy. Vysoce spolehlivý systém správy baterií PCBA vyžaduje ověření těchto životně důležitých procesů, spíše než pouhé spoléhání se pouze na vizuální kontrolu. Vysoce spolehlivá montáž desek plošných spojů začíná zajištěním všech těchto prvků.

Procesy po SMT

Konformní povlak zabraňuje vlhkosti a prachu ovlivňovat desku uvnitř skutečného pouzdra baterie, ale konformní povlak by neměl ovlivňovat konektory, testovací body ani součástky citlivé na chemikálie v povlaku. Selektivní povlakování, selektivní maskování a správné vytvrzení pro daný typ konformního povlaku jsou nezbytné pro výrobní proces elektroniky BMS, který se zaměřuje více na odolnost než na rychlost.

Čištění je stejně důležité jako proces nanášení povlaku. I zbytkový tok v blízkosti bočního rezistoru nebo snímacího bodu s vysokou impedancí může způsobit úniky, které ovlivňují výsledek měření po delší dobu, dlouho poté, co byla deska funkční testována. V některých případech by se měly i desky, které používají pastu bez nutnosti čištění, čistit v okolí citlivých analogových součástek během... Sestava plošných spojů pro úložiště energie.

Inspekce odhalila závady; funkční testování prokázalo ochranu

Co dokáží detekovat SPI, AOI a rentgen

Kontrola pájecí pasty, automatizovaná optická kontrola a rentgenové vyšetření odhalují různé problémy a žádná z nich sama o sobě nepotvrdí, že deska správně ochrání bateriový blok.

Elektrické a funkční testování

Projde procesem kontroly znamená pouze to, že je deska plošných spojů v pořádku, ale neznamená to, že sestava desky plošných spojů systému správy baterie funguje správně. Abyste to zkontrolovali, funkční testování je třeba provést pomocí simulovaného napětí a zatížení článku.

Ověření zatížení a spolehlivosti

Existují také určité sestavy, které musí podstoupit zážehové testy, testy tepelných cyklů nebo testy vysokého proudu v závislosti na jejich skutečném pracovním cyklu během používání desky plošných spojů pro úložiště energie. Nový modul plošných spojů pro napájení, který bude fungovat v náročných podmínkách a dokonce i ve vozidlech, bude z tohoto dodatečného ověřovacího procesu těžit.

Co by si měli inženýři definovat před vyžádáním cenové nabídky na desky plošných spojů BMS

Elektrické a bateriové požadavky

Faktory, jako je počet článků, chemické složení, rozsah napětí a maximální trvalý nebo špičkový proud, určují hmotnost mědi na desce, šířku vodivých linek a výběr součástek. Výrobce desek plošných spojů BMS by měl tyto údaje znát včas, protože ovlivňují výběr součástek, konstrukci mědi, napájecí připojení a tepelné požadavky, což následně ovlivňuje proces montáže.

Požadavky na výrobu a testování

Při podávání žádosti o cenovou nabídku by měly být zohledněny požadavky IPC na třídu, potřeby konformního povlakování a očekávané pokrytí testy buď prostřednictvím ICT, nebo funkčních testů, případně obojí. Důležitý je také očekávaný objem, protože pro prototypování a objemy výroby by byly zapotřebí různé upínací přípravky a nástroje.

Otázky pro výrobce desek plošných spojů BMS

Inženýři získají spoustu informací tím, že se přímo ptají, jak potenciální dodavatel nakládá se smíšenými segmenty pro vysokoproudé a přesné snímání, jaké jedinečné řídicí procesy se používají při výrobě bočníků a izolačních dílů a jak se ověřuje testovací pokrytí před odesláním. Takové otázky vypovídají o potenciálu společnosti více než ta nejpodrobnější stránka s informacemi o možnostech.

Je také užitečné požádat o příklad zkušebního protokolu podobné sestavy, nikoli pouze o specifikační list. Společnost, která má zkušenosti s výrobou vysoce spolehlivých desek plošných spojů BMS, by měla být schopna poskytnout inspekční dokumenty, výsledky testů a informace o tom, jak se jí podařilo odhalit vadu u jedné předchozí sestavy ve fázi výroby.

PCBasic Proces montáže desek plošných spojů BMS je strukturován v souladu se všemi těmito požadavky, přičemž je zdokumentována kontrola DFM, řízeny profily přetavení pro napájecí a senzorové desky a testovací možnosti jsou k dispozici i ve fázi cenové nabídky. Pro nový projekt BMS můžete odeslat soubory Gerber, kusovník a požadavky na testování pro přezkum specifického projektu.

Závěr

Robustní deska BMS se vytváří prostřednictvím řádného plánování, kontrolované výroby, kontroly a testování. Všechny tyto procesy mají vliv na minimalizaci pravděpodobnosti selhání, když je bateriový blok uveden do provozu. Správně kontrolovány Sestavení plošných spojů BMS proces dává inženýrům větší důvěru v představenstvo"spolehlivost po opuštění továrnyV případě, že jsou technické požadavky jasně stanoveny a od začátku je zvažována společnost pro montáž desek plošných spojů BMS, lze realizovat robustní systém správy baterií.

Nejčastější dotazy

Q1: Co dělá Sestavení plošných spojů BMS liší se od standardní osazování desek plošných spojů?

A1: Deska BMS musí být schopna řídit napájecí cesty i cesty citlivých senzorů, což u běžné desky plošných spojů není běžné. Proto je důležité pečlivě řídit nanášení pájecí pasty, proces přetavování, kontrolu a testování desky.

Q2: Proč je umístění lateralního rezistoru v deskách BMS tak důležité?

A2: Zkratovací rezistor bude použit k měření proudu baterie; proto jakékoli nesprávné umístění nebo nadměrné množství pájecího materiálu na rezistoru ovlivní přesnost měření. Nesprávná měření mohou způsobit nežádoucí vypnutí ochrany nebo, co je ještě horší, zabránit detekci jakékoli existující poruchy.

Q3: Jakým testováním by měla projít deska plošných spojů BMS před odesláním?

A3: Kvalitní deska plošných spojů BMS obvykle prochází řadou testovacích procesů. SPI se provádí po nanesení pájecí pasty, zatímco AOI se obvykle používá po umístění součástek nebo přetavení. Rentgenová kontrola může být použita po pájení ke kontrole skrytých spojů. Funkční testování se poté provádí za simulovaných podmínek baterie. Pro kritické aplikace mohou být nutné i testy, jako je tepelné cyklování.

Q4: Jaké informace potřebuje výrobce k uvedení Osazování plošných spojů BMS?

A4: Pokud jsou poskytnuty všechny informace, umožňuje to výrobcem lepší cenovou nabídku. Informace, jako je typ chemického složení baterií, počet článků, napětí a proud, třída IPC, požadavky na konformní povrchovou úpravu a očekávaná úroveň testování, zajišťují, že proces montáže lze správně naplánovat od samého začátku.