مونتاژ PCB در BMS چیزی فراتر از SMT است: چه چیزی یک برد BMS را قابل اعتماد می‌کند؟

فهرست مندرجات

1. چرا قابلیت اطمینان BMS را نمی‌توان تنها با SMT ایجاد کرد؟

2. انتخاب‌های طراحی که به ریسک‌های مونتاژ تبدیل می‌شوند

3. کنترل‌های تولیدی که فراتر از جایگذاری قطعات هستند

4. بازرسی، نقص‌ها را پیدا می‌کند؛ آزمایش عملکردی، محافظت را اثبات می‌کند

5. آنچه مهندسان باید قبل از درخواست قیمت PCBA BMS تعریف کنند

6. نتیجه

7. سوالات متداول

با توجه به محبوبیت روزافزون خودروهای برقی، سیستم‌های ذخیره انرژی و باتری‌های صنعتی، بازار جهانی سیستم مدیریت باتری قرار است از ۱۲ میلیارد دلار فراتر رود. in 2026 (Grand View Research). با افزایش حجم تولید BMS، تولیدکنندگان دیگر نمی‌توانند مونتاژ PCB BMS را فقط یک کار دیگر با فناوری نصب سطحی در نظر بگیرند. این فرآیند بسیار دشوارتر از مونتاژ انواع دیگر PCB است.

این مقاله به بررسی جنبه‌هایی که یک سیستم مدیریت باتری را قابل اعتماد می‌کند و آنچه فرآیند تولید آن را از فرآیند تولید PCB SMT سنتی متمایز می‌کند، می‌پردازد. علاوه بر این، چند نکته در مورد اطلاعات مورد نیاز برای درخواست قیمت مونتاژ PCB BMS ارائه می‌دهد.

چرا قابلیت اطمینان BMS را نمی‌توان تنها با SMT ایجاد کرد؟

در حالی که قرارگیری دقیق اجزا حیاتی است، انتظار می‌رود BMS PCBA عملکردهایی را انجام دهد که یک برد معمولی هرگز نیازی به انجام آنها ندارد. bسیستم مدیریت باتری PCBA در محل اتصال بین ولتاژ خام سلول و هر چیزی که باید توسط بسته محافظت شود، مانند افراد، ماشین‌ها و باتری، قرار دارد.

آنچه یک برد BMS تکمیل‌شده باید نظارت و کنترل کند

پس از مونتاژ، یک برد BMS به طور مداوم ولتاژ سلول، جریان بسته و دما را کنترل می‌کند تا از عملکرد ایمن باتری اطمینان حاصل شود. با استفاده از اطلاعات جمع‌آوری‌شده، مدارهای متعادل‌کننده، کنتاکتورها و کلیدهای محافظ را در صورت لزوم کنترل می‌کند. حتی کوچکترین مشکل تولیدی مانند لحیم‌کاری ضعیف نیز می‌تواند برطرف شود. مشترک، مقاومت شنت ناهمراستا، یا هرگونه آلودگی در یک مسیر، بر دقت اندازه‌گیری یا پاسخ حفاظتی تأثیر می‌گذارد. در سیستم‌های باتری لیتیومی، چنین خطاهایی ممکن است توانایی BMS را در تشخیص یا پاسخ صحیح به شرایط غیرعادی کاهش دهد.

محاسبات دقیق وضعیت شارژ (SOC) و وضعیت سلامت (SOH) نیز به عملکرد پایدار حسگرها در کل طول عمر باتری، نه در مرحله آزمایش، متکی است. مشکل تولیدی که در ابتدا بحرانی به نظر نمی‌رسد، مانند افزایش مقاومت اتصال خط حسگر، در طول چرخه‌های گرمایش-سرمایش بیشتر تشدید می‌شود.

چرا مدارهای قدرت و دقیق چالش‌های تولیدی ایجاد می‌کنند؟

مسیرهای جریان بالا معمولاً نزدیک به مدارهای سیگنال سطح پایین در برد BMS مسیریابی می‌شوند. اگرچه این یک طرح مونتاژ با صرفه‌جویی در فضا است، اما چالش‌های مونتاژ را افزایش می‌دهد. در یک مونتاژ استاندارد SMT خط، اندازه‌های مختلف اجزا، ساختارهای پد و نواحی مسی می‌توانند نیازهای حرارتی متفاوتی ایجاد کنند. با این حال، در مورد بردهای BMS، نواحی مسی بزرگ در ترکیب با زنجیره‌های سیگنال بسیار حساس استفاده می‌شوند و تنظیمات مرسوم لحیم‌کاری بازتابی ممکن است نتایج مورد انتظار را برای کل برد ارائه ندهد.

یک مثال خوب، ناحیه مسی دو اونسی نزدیک قطعه 0402 است. جرم‌های حرارتی متفاوت آنها می‌تواند یک پنجره فرآیند وسیع‌تر ایجاد کند که باید در طول پروفیل‌بندی جریان برگشتی در نظر گرفته شود. بنابراین، پروفیل جریان برگشتی باید برای کل مونتاژ بهینه شود تا هم نواحی با جرم حرارتی بالا و هم اجزای کوچک مجاور در محدوده لحیم‌کاری و دمایی قابل قبول باقی بمانند.

انتخاب‌های طراحی که به ریسک‌های مونتاژ تبدیل می‌شوند

مسیرهای جریان بالا و اتصالات برق

بسیاری مشکلات مونتاژ می توان از مرحله طراحی PCB سرچشمه می‌گیرند. مسائلی مانند وزن مس، عرض مسیر و اندازه پدها تأثیر مستقیمی بر نحوه عملکرد برد در فرآیند لحیم‌کاری دارند. پدهای پرقدرت و قطعات مسی سنگین، گرما را به شیوه‌ای متفاوت در مقایسه با دستگاه‌های سیگنال کوچک اطراف خود هدایت می‌کنند. بنابراین، همه آنها نمی‌توانند مقدار یکسانی از خمیر لحیم را به اشتراک بگذارند.

با توجه به ماهیت مونتاژ برد مدار چاپی BMS با توان بالا، طراحی شابلون کافی نیست. مهم است که طراحی شابلون، کاربرد خمیر لحیم و فرآیند جریان مجدد را در رابطه با قطعات پرمصرف در نظر بگیرید، اما بدون اینکه قطعات کم‌مصرف اطراف آنها به خطر بیفتند.

حسگری دقیق و جایگذاری مقاومت شنت

مقاومت‌های شنت و تقویت‌کننده‌های حس جریان، یکی از حساس‌ترین اندازه‌گیری‌های انجام‌شده روی برد مدار را ارائه می‌دهند و قرار دادن این عناصر در نزدیکی مسیرهای جریان بالا، تأثیر مستقیمی بر دقت آنها دارد. فقط یک کوچک تغییر جهت در حین قرارگیری یا نفوذ لحیم زیر شانت مقاومت اضافی یا خطای اندازه‌گیری را معرفی کنید.

مدیریت حرارتی و جایگذاری قطعات

گرمای تولید شده توسط MOSFET قدرت، مقاومت‌های متعادل‌کننده و مدار حس جریان باید تنظیم شود تا از اندازه‌گیری دقیق دما اطمینان حاصل شود. برای اطمینان از این امر، مهندسان در طول ساخت PCB BMS، محل قرارگیری لوله‌های مسی و مسیرهای حرارتی را به گونه‌ای تنظیم می‌کنند که گرما از حسگرهای دما منحرف شود.

جداسازی، ارتباط و دسترسی آزمایشی

تابلوهای BMS ولتاژ بالا یا توزیع‌شده ممکن است از ایزولاتورها یا اپتوکوپلرها برای به طور جداگانهe مدار باتری ولتاژ بالا را از مدارهای ارتباطی و کنترل ولتاژ پایین جدا کنید. در طول مونتاژ، دستیابی به مقادیر خزش و لقی مناسب اهمیت پیدا می‌کند. این کار بسیار دشوار می‌شود. به انجام دادن تست‌های درون مداری در مواردی که نقاط تست حتی پس از اعمال پوشش تطبیقی ​​قابل دسترسی نباشند.

رابط ارتباطی از طریق CAN، UART و SPI ایزوله، دستورات متعادل‌سازی و اطلاعات خطا را از طریق مانع ایزوله ارسال می‌کند. حتی کوچکترین جابجایی در نزدیکی یک ایزوله منجر به کاهش مقدار خزش بدون ایجاد هیچ نوع خطایی می‌شود. چنین مشکلاتی فقط در هنگام وقوع جهش‌های ولتاژ بالا رخ می‌دهند. به همین دلیل، ردپای ایزوله همیشه با توجه به طرح PCB BMS بررسی می‌شود.

کنترل‌های تولیدی که فراتر از جایگذاری قطعات هستند

بررسی DFM، BOM و مواد

هر بردی که قرار است روی خط SMT قرار گیرد، ابتدا توسط یک شریک تولید باتجربه BMS PCBA تجزیه و تحلیل می‌شود که لیست مواد را برای اجزای منسوخ، جایگزین‌های نامناسب و اجزای با زمان تحویل طولانی بررسی می‌کند. در تجزیه و تحلیل طراحی برای تولید، ناهماهنگی‌های سطح، فاصله ناکافی و طرح‌های مشکل‌ساز روزنه استنسیل که خمیر لحیم کافی را برای پدهای برق فراهم نمی‌کنند، شناسایی می‌شوند.

تعویض قطعات در برد BMS نیاز به توجه ویژه دارد، زیرا تعویض یک مقاومت دقیق یا مرجع، تلرانس را به اندازه‌ای تغییر می‌دهد که کالیبراسیون برد را تحت تأثیر قرار می‌دهد. فرآیند بررسی مواد، چنین تغییرات بالقوه‌ای را شناسایی می‌کند تا بخش مهندسی بتواند تصمیم بگیرد که آیا این کار مناسب است یا خیر.

کنترل فرآیند ویژه برای قطعات قدرت و حسگر

قطعاتی مانند مقاومت‌های دقیق، شنت‌های حسگر جریان و ایزولاتورها اغلب به مراقبت بیشتری نسبت به آنچه که توسط یک فرآیند SMT معمولی ارائه می‌شود، نیاز دارند. ممکن است مواردی وجود داشته باشد که برخی از آنها به پروفایل‌های جریان مجدد ویژه، لحیم‌کاری موج انتخابی کانکتورهای درون سوراخ و بازرسی دستی نیاز داشته باشند که اعتبارسنجی آنها توسط سیستم‌های خودکار دشوار است. سیستم مدیریت باتری با قابلیت اطمینان بالا (PCBA) به اعتبارسنجی این فرآیندهای حیاتی نیاز دارد، نه صرفاً اتکا به بازرسی بصری. مونتاژ PCB با قابلیت اطمینان بالا با اطمینان از همه این عناصر آغاز می‌شود.

فرآیندهای پس از SMT

پوشش تطبیقی ​​​​از تأثیر رطوبت و گرد و غبار بر روی برد داخل یک محفظه باتری واقعی جلوگیری می‌کند، اما پوشش تطبیقی ​​​​نباید روی کانکتورها، نقاط تست یا اجزای حساس به مواد شیمیایی موجود در پوشش تأثیر بگذارد. پوشش انتخابی، پوشش انتخابی و پخت مناسب برای نوع پوشش تطبیقی ​​​​برای یک فرآیند تولید الکترونیک BMS که بیشتر بر دوام تمرکز دارد تا سرعت، ضروری است.

تمیز کردن نیز به همان اندازه در فرآیند پوشش‌دهی اهمیت دارد. حتی شار باقیمانده نزدیک به مقاومت شنت یا یک نقطه حسگر امپدانس بالا می‌تواند نشتی‌هایی ایجاد کند که در مدت زمان طولانی، مدت‌ها پس از آزمایش عملکرد برد، بر نتیجه اندازه‌گیری تأثیر می‌گذارد. در برخی موارد، حتی بردهایی که از خمیر بدون نیاز به تمیز کردن استفاده می‌کنند، باید در طول فرآیند، اطراف قطعات آنالوگ حساس تمیز شوند. مونتاژ PCB ذخیره انرژی.

بازرسی، نقص‌ها را پیدا می‌کند؛ آزمایش عملکردی، محافظت را اثبات می‌کند

آنچه SPI، AOI و X-Ray می‌توانند تشخیص دهند

بازرسی خمیر لحیم، بازرسی نوری خودکار و اشعه ایکس هر کدام مشکلات متفاوتی را نشان می‌دهند و هیچ‌کدام به تنهایی تأیید نمی‌کنند که یک برد به درستی از یک باتری محافظت می‌کند.

تست الکتریکی و عملکردی

عبور از فرآیند بازرسی فقط به این معنی است که برد مدار سالم است، اما به این معنی نیست که مجموعه برد مدار سیستم مدیریت باتری به درستی کار می‌کند. برای بررسی این موضوع، تست عملکرد باید با استفاده از ولتاژ و بارهای شبیه‌سازی شده سلول انجام شود.

تأیید بار و قابلیت اطمینان

همچنین برخی از سازه‌ها وجود دارند که باید طبق چرخه کاری واقعی خود در طول استفاده از PCBA ذخیره انرژی، آزمایش‌های سوختگی، آزمایش‌های چرخه حرارتی یا آزمایش‌های بارگذاری جریان بالا را انجام دهند. یک PCBA ماژول قدرت انرژی جدید که در شرایط سخت و حتی در وسایل نقلیه کار خواهد کرد، از این فرآیند تأیید اضافی بهره‌مند خواهد شد.

آنچه مهندسان باید قبل از درخواست قیمت PCBA BMS تعریف کنند

الزامات برق و باتری

عواملی مانند تعداد سلول‌ها، شیمی، محدوده ولتاژ و حداکثر جریان پیوسته یا پیک، وزن مس روی برد، عرض مسیر و انتخاب قطعات را تعیین می‌کنند. یک تولیدکننده مونتاژ PCB BMS باید از این ارقام در مراحل اولیه مطلع باشد زیرا بر انتخاب قطعات، طراحی مس، اتصالات برق و الزامات حرارتی تأثیر می‌گذارند که به نوبه خود بر فرآیند مونتاژ تأثیر می‌گذارند.

الزامات تولید و آزمایش

الزامات IPC برای کلاس، نیاز به پوشش تطبیقی ​​و پوشش تست مورد انتظار چه از طریق ICT یا تست عملکردی، یا هر دو باید هنگام ارائه درخواست قیمت در نظر گرفته شوند. انتظارات حجمی نیز مهم هستند زیرا برای نمونه‌سازی و حجم تولید، به وسایل و ابزارهای مختلفی نیاز خواهد بود.

سوالات مربوط به سازنده مونتاژ PCB BMS

مهندسان با پرسیدن مستقیم این سوال که فروشنده بالقوه چگونه با بخش‌های حسگر جریان بالا و دقیق سروکار دارد، چه فرآیندهای کنترلی منحصر به فردی در ساخت شنت‌ها و قطعات ایزولاسیون استفاده می‌شود و چگونه پوشش تست قبل از ارسال تأیید می‌شود، اطلاعات زیادی کسب می‌کنند. چنین سوالاتی اطلاعات بیشتری در مورد پتانسیل شرکت ارائه می‌دهند تا جزئیات بیشتر صفحه قابلیت‌ها.

همچنین مفید است که به جای فقط یک برگه مشخصات، نمونه‌ای از گزارش آزمایش یک ساخت مشابه را درخواست کنید. شرکتی که تجربه تولید PCBA های BMS با قابلیت اطمینان بالا را دارد، باید بتواند اسناد بازرسی، نتایج آزمایش و اطلاعاتی در مورد چگونگی تشخیص نقص در یک ساخت قبلی در مرحله تولید ارائه دهد.

PCBasic فرآیند مونتاژ برد مدار چاپی BMS مطابق با تمام این الزامات ساختار یافته است، به طوری که بررسی DFM مستند شده، پروفایل‌های جریان برگشتی برای بردهای برق و حسگر کنترل شده و قابلیت‌های تست حتی در مرحله مذاکره برای ارائه قیمت نیز وجود دارد. برای یک پروژه جدید BMS، می‌توانید فایل‌های Gerber، BOM و الزامات آزمایش خود را برای ... ارسال کنید. بررسی خاص پروژه.

نتیجه

یک برد BMS قوی از طریق برنامه‌ریزی صحیح، تولید کنترل‌شده، بازرسی و آزمایش ایجاد می‌شود. همه فرآیندها در به حداقل رساندن احتمال بروز هرگونه خرابی هنگام عملیاتی شدن باتری تأثیر دارند. کنترل مونتاژ PCB BMS این فرآیند به مهندسان اعتماد بیشتری به هیئت مدیره می‌دهد'قابلیت اطمینان پس از خروج از کارخانهدر صورتی که نیازهای فنی به وضوح بیان شده باشند و از ابتدا یک شرکت مونتاژ PCB BMS در نظر گرفته شده باشد، می‌توان یک سیستم مدیریت باتری قوی را محقق کرد.

سوالات متداول

Q1: چه چیزی باعث مونتاژ PCB BMS با مونتاژ PCB استاندارد متفاوت است؟

A1: یک برد BMS باید بتواند مسیرهای برق و همچنین مسیرهای حسگر حساس را کنترل کند، که چیزی نیست که در یک PCB معمولی رایج باشد. بنابراین، نیاز به مدیریت دقیق کاربرد خمیر لحیم، فرآیند جریان مجدد، بازرسی و آزمایش برد اهمیت پیدا می‌کند.

Q2: چرا جایگذاری مقاومت شنت در تابلوهای BMS اینقدر اهمیت دارد؟

A2: مقاومت شنت برای اندازه‌گیری جریان باتری استفاده خواهد شد؛ از این رو، هرگونه قرارگیری اشتباه یا مقدار بیش از حد مواد لحیم‌کاری روی مقاومت، دقت اندازه‌گیری را تحت تأثیر قرار می‌دهد. اندازه‌گیری‌های اشتباه ممکن است باعث قطع ناخواسته حفاظت یا، بدتر از آن، جلوگیری از تشخیص هرگونه خطای موجود شود.

Q3: قبل از ارسال، یک PCBA از شرکت BMS باید چه آزمایش‌هایی را پشت سر بگذارد؟

A3: یک PCBA با کیفیت BMS معمولاً چندین فرآیند آزمایش را طی می‌کند. SPI پس از چاپ خمیر لحیم انجام می‌شود، در حالی که AOI معمولاً پس از قرار دادن قطعات یا جریان مجدد استفاده می‌شود و بازرسی با اشعه ایکس می‌تواند پس از لحیم کاری برای بررسی اتصالات پنهان استفاده شود. سپس آزمایش عملکردی تحت شرایط شبیه‌سازی شده باتری انجام می‌شود. برای کاربردهای حیاتی، آزمایش‌هایی مانند چرخه حرارتی نیز می‌تواند ضروری باشد.

Q4: یک تولیدکننده برای ارائه قیمت به چه اطلاعاتی نیاز دارد؟ مونتاژ PCB BMS؟

A4: وقتی تمام اطلاعات ارائه شود، امکان ارائه قیمت بهتر از طرف سازنده فراهم می‌شود. اطلاعاتی مانند نوع شیمیایی باتری‌ها، تعداد سلول‌ها، ولتاژ و جریان، کلاس IPC، الزامات پوشش تطبیقی ​​و سطح آزمایش مورد انتظار، تضمین می‌کند که فرآیند مونتاژ از همان ابتدا به درستی برنامه‌ریزی شود.