ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ PCB ของ BMS สำหรับการประกอบและการผลิต

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ PCBสำหรับระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) สำหรับการประกอบและการผลิตนั้น มุ่งเน้นไปที่การแปลงแผนผังระบบจัดการแบตเตอรี่ให้เป็นแผงวงจรที่สามารถผลิต ประกอบ ตรวจสอบ และส่งต่อไปยังสายการผลิตได้ บริษัท Highleap Electronics เป็นบริษัทผลิตและประกอบ PCB เราผลิตและประกอบแผงวงจรจากไฟล์ที่ลูกค้าอนุมัติ เราไม่ได้เป็นเจ้าของแบบแผนระบบแบตเตอรี่ เฟิร์มแวร์ กลยุทธ์ด้านความปลอดภัย หรือการรับรองผลิตภัณฑ์ทั้งหมด

แผงวงจร BMS มักรวมเอาการตรวจจับระดับต่ำ การแยกแรงดันสูง วงจรป้องกัน การสื่อสาร การตรวจสอบความร้อน ตัวเชื่อมต่อ และบางครั้งก็รวมถึงเส้นทางกระแสสูงด้วย การตัดสินใจด้านการออกแบบก่อนการผลิตสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อผลผลิตในการประกอบ การเข้าถึงการทดสอบ ความสามารถในการทำซ้ำในระยะยาว และต้นทุนการผลิต หน้านี้ให้คำแนะนำที่เน้นการผลิตสำหรับวิศวกรที่เตรียมไฟล์ PCB และ PCBA ของ BMS สำหรับการเสนอราคาและการผลิต

สำหรับบริการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) โปรดดูที่บริการประกอบแผงวงจรพิมพ์ BMSสำหรับงานประกอบแผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ทองแดงปริมาณมากและระบบระบายความร้อนที่ดี โปรดดูที่บริการประกอบแผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ทองแดงปริมาณมาก

เป้าหมายการออกแบบ PCB ของ BMS เพื่อการประกอบที่เชื่อถือได้

รูปแบบการผลิตที่ได้มาตรฐานตั้งแต่การแก้ไขครั้งแรก

ควรออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ให้สามารถผลิต ประกอบ ตรวจสอบ และทดสอบได้อย่างสะดวก ซึ่งหมายถึงการเว้นระยะห่างของชิ้นส่วนที่ชัดเจน การวางแนวของขั้วต่อที่มั่นคง การกระจายทองแดงที่ควบคุมได้ จุดทดสอบที่กำหนดไว้ เครื่องหมายขั้วที่มองเห็นได้ และการเข้าถึงการบัดกรีที่สมจริง การตรวจสอบ DFM ในช่วงเริ่มต้นสามารถป้องกันปัญหาต่างๆ เช่น แผ่นรองที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ เครื่องหมายขาที่ 1 ที่ไม่ชัดเจน พื้นที่ห้ามเคลือบที่ไม่สามารถทำได้ หรือการวางตำแหน่งขั้วต่อที่ขัดแย้งกับตัวเรือน

การเป็นเจ้าของงานออกแบบและการสนับสนุนด้านการผลิต

เจ้าของผลิตภัณฑ์กำหนดพฤติกรรมของระบบแบตเตอรี่ เกณฑ์ความปลอดภัย เฟิร์มแวร์ ข้อกำหนดด้านฟังก์ชันการทำงาน และกลยุทธ์การปฏิบัติตามข้อกำหนด Highleap ให้การสนับสนุนการตรวจสอบการผลิตและการประกอบจากฝั่งการผลิต ขั้นตอนการทำงานที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือการส่งไฟล์ออกแบบ แผนผังการเรียงซ้อน รายการวัสดุ แบบร่างการประกอบ และพื้นที่เสี่ยงที่ทราบแล้วให้กับ Highleap ก่อนการผลิตครั้งแรก ซึ่งจะช่วยให้สามารถระบุปัญหาด้านการผลิตได้ก่อนที่จะสั่งซื้อวัสดุ

แผนผังเส้นทางกระแสไฟฟ้า เส้นรับรู้ และการต่อลงดิน

ความชัดเจนของเส้นทางในปัจจุบัน

เส้นทางกระแสไฟฟ้าสูงควรระบุได้ง่ายในไฟล์ PCB และบันทึกการผลิต ความกว้างของเส้นทองแดง น้ำหนักของทองแดง อาร์เรย์ของรูเชื่อมต่อ ขั้วต่อ ตัวแบ่งกระแส และพื้นที่กระจายความร้อน ควรสอดคล้องกับกระแสไฟฟ้าและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นตามที่ต้องการ ความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับมากกว่าความกว้างของเส้นทองแดง ความหนาของทองแดง ตำแหน่งของชั้น ระนาบทองแดง การไหลของอากาศ วัสดุของบอร์ด และสภาพแวดล้อมก็มีความสำคัญเช่นกัน ลูกค้าควรตรวจสอบประสิทธิภาพด้านกระแสไฟฟ้าและความร้อนในระดับผลิตภัณฑ์

การป้องกันเส้นสัมผัส

สายตรวจวัดแรงดันและเส้นทางการวัดกระแสควรหลีกเลี่ยงการรบกวนที่ไม่จำเป็น การกำหนดตัวเชื่อมต่อที่ไม่ชัดเจน และการต่อลงดินที่ไม่ชัดเจน จากมุมมองด้านการผลิต รายการชิ้นส่วน (BOM) ควรระบุส่วนประกอบที่มีความแม่นยำสูงและชิ้นส่วนที่ไม่สามารถทดแทนกันได้อย่างชัดเจน ควรวางแผ่นทดสอบในตำแหน่งที่สามารถตรวจสอบและแก้ไขข้อผิดพลาดได้โดยไม่ทำให้ชิ้นส่วนประกอบเสียหาย หากใช้การตรวจวัดแบบเคลวิน การจัดวางควรคงไว้ซึ่งการเชื่อมต่อการวัดที่ตั้งใจไว้

วินัยการลงดินและการกลับคืนสู่เส้นทางเดิม

แผงวงจร BMS อาจรวมถึงกราวด์อนาล็อก กราวด์ไฟ กราวด์การสื่อสาร และจุดอ้างอิงตัวถังหรือชีลด์ สิ่งเหล่านี้เป็นข้อกำหนดในการออกแบบ แต่ไฟล์การผลิตควรแสดงคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับกราวด์ให้ชัดเจน ควรมีการกำหนดแผ่นรองยึด รูชุบ พื้นที่สัมผัสชีลด์ และจุดเชื่อมต่อตัวถัง หากรูสกรูมีจุดประสงค์เพื่อใช้เป็นกราวด์ ควรระบุการตกแต่ง ระยะห่าง พื้นที่แหวนรอง และข้อกำหนดในการประกอบ

การวางแผนการรุกคืบ การเคลียร์พื้นที่ และการแยกพื้นที่

กฎการเว้นระยะห่างตามข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์

แผงวงจร BMS ที่ใช้ในระบบแบตเตอรี่แรงดันสูงจำเป็นต้องมีระยะห่างและระยะคืบที่กำหนดไว้ ค่าที่ต้องการขึ้นอยู่กับแรงดัน สภาพแวดล้อม ระดับมลพิษ กลุ่มวัสดุ การเคลือบผิว ข้อกำหนดมาตรฐาน และโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ Highleap สามารถผลิตร่อง ระยะห่าง และระยะคืบของทองแดงตามแบบได้ แต่ค่าต่างๆ ต้องได้รับการกำหนดโดยลูกค้าหรือผู้มีอำนาจออกแบบ

การเลือกส่วนประกอบฉนวนและบรรจุภัณฑ์

ออปโตคัปเปลอร์, ไอโซเลเตอร์ดิจิทัล, โมดูล DC-DC แบบแยกส่วน และแอมพลิฟายเออร์แบบแยกส่วน ต้องมีประสิทธิภาพในการเป็นฉนวนและระยะห่างของบรรจุภัณฑ์ที่ตรงตามข้อกำหนด การเปลี่ยนแปลงบรรจุภัณฑ์อาจส่งผลต่อระยะคืบคลานและขนาดพื้นที่ติดตั้ง ควรควบคุมชิ้นส่วนทดแทนที่ได้รับการอนุมัติอย่างระมัดระวัง ชิ้นส่วนทดแทนที่มีฟังก์ชันทางไฟฟ้าคล้ายกันแต่มีรูปทรงบรรจุภัณฑ์แตกต่างกัน อาจไม่เป็นที่ยอมรับสำหรับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

ช่องและบริเวณที่เว้นไว้สำหรับการเข้าถึงการประกอบ

ช่องและพื้นที่ห้ามวางควรเข้ากันได้กับการประกอบและการตรวจสอบ หลีกเลี่ยงการวางชิ้นส่วนขนาดเล็กใกล้กับช่องที่เจาะไว้มากเกินไป เพราะอาจทำให้คุณภาพของขอบหรือความคมชัดของหน้ากากบัดกรีลดลงได้ ควรวางจุดทดสอบและแผ่นสำหรับตั้งโปรแกรมไว้นอกเขตห้ามวางวัสดุเคลือบหรือฉนวน เมื่อจำเป็นต้องให้สามารถเข้าถึงได้หลังการประกอบ

การออกแบบระบายความร้อนรอบส่วนประกอบกำลังไฟฟ้า

แหล่งความร้อนบนแผงวงจร BMS

ตัวต้านทานปรับสมดุล, MOSFET, ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า, ตัวแบ่งกระแส, วงจรชาร์จล่วงหน้า, รีเลย์ และขั้วต่อต่างๆ สามารถสร้างความร้อนได้ ดังนั้นการออกแบบควรมีพื้นที่ทองแดง โครงสร้างรูเชื่อมต่อ และระยะห่างที่เพียงพอสำหรับสภาวะการทำงานที่ต้องการ ไม่ควรจัดวางชิ้นส่วนต่างๆ ในบริเวณที่การบัดกรี การตรวจสอบ หรือการระบายความร้อนทำได้ไม่น่าเชื่อถือ อาจจำเป็นต้องมีการจำลองความร้อนหรือการทดสอบในระดับผลิตภัณฑ์สำหรับงานออกแบบที่มีกำลังสูง

ผลกระทบของการประกอบต่อประสิทธิภาพทางความร้อน

การปกคลุมของวางบัดกรี ช่องว่าง การวางตำแหน่งชิ้นส่วน และลักษณะการหลอมละลาย สามารถส่งผลต่อเส้นทางการถ่ายเทความร้อนได้ แผ่นระบายความร้อนที่เปิดโล่งจำเป็นต้องมีการออกแบบสเตนซิลและกลยุทธ์การเชื่อมต่อที่หลีกเลี่ยงช่องว่างมากเกินไปหรือการไหลของบัดกรี หากชิ้นส่วนเชื่อมต่อกับแผ่นระบายความร้อนหรือแผ่นโลหะ ควรมีการกำหนดส่วนต่อประสานทางกลในแบบร่างการประกอบ

การวางแผนทองแดงกระแสสูง

หากแผงวงจร BMS รองรับกระแสไฟฟ้าปริมาณมาก อาจจำเป็นต้องใช้ทองแดงหนาหรือบริเวณทองแดงกว้าง ทองแดงหนาจะเพิ่มความซับซ้อนในการผลิตและอาจส่งผลกระทบต่อการประกอบชิ้นส่วนขนาดเล็กในบริเวณใกล้เคียง นักออกแบบควรหลีกเลี่ยงการผสมผสานส่วนประกอบทองแดงหนามากกับวงจรอนาล็อกที่ละเอียดอ่อนโดยไม่ตรวจสอบผลกระทบของการบัดกรีและระยะห่าง สำหรับตัวเลือกการสร้างแผงวงจรที่มีกระแสไฟฟ้าสูง โปรดดูการประกอบแผงวงจรพิมพ์ด้วยทองแดงหนา

การออกแบบตัวเชื่อมต่อ สายไฟ และส่วนต่อประสานเชิงกล

การวางแนวและการให้บริการของตัวเชื่อมต่อ

แผงวงจรจัดการแบตเตอรี่มักต้องอาศัยขั้วต่อสำหรับแยกสัญญาณจากเซลล์ การสื่อสาร เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ พลังงาน การตั้งโปรแกรม และการวินิจฉัยปัญหา การออกแบบควรแสดงทิศทางของขั้วต่อ ทิศทางของตัวล็อค ขาที่ 1 การกำหนดตำแหน่ง และรายละเอียดของสายไฟที่เชื่อมต่อกัน หากจะติดตั้งแผงวงจรลงในกล่องหรือโมดูลแบตเตอรี่ ตำแหน่งของขั้วต่อควรเอื้อต่อการเข้าถึงโดยไม่ต้องดัดสายไฟหรือทำให้ข้อต่อบัดกรีเสียหาย

ความสม่ำเสมอของการต่อสายไฟของชุดสายไฟ

แบบแปลนขาเชื่อมต่อของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และแบบแปลนสายไฟต้องตรงกัน ความไม่ตรงกันของแบบแปลนขาเชื่อมต่ออาจทำให้เกิดค่าใช้จ่ายสูง เนื่องจากทั้งแผงวงจรพิมพ์และสายไฟอาจผ่านการตรวจสอบในขั้นตอนการผลิต แต่กลับล้มเหลวในขั้นตอนการประกอบระบบ ควรใช้ป้ายกำกับที่ชัดเจน การอ้างอิงตัวเชื่อมต่อ และการควบคุมเวอร์ชันสำหรับทั้งแบบแปลนแผงวงจรพิมพ์และแบบแปลนสายไฟ

คุณสมบัติการติดตั้งเชิงกลและการต่อสายดิน

ในแบบร่างทางกล ควรระบุรายละเอียดของรูยึด รูชุบ แผ่นกราวด์ ตัวเว้นระยะโลหะ และหน้าสัมผัสตัวถังให้ชัดเจน หากรูยึดไม่ได้ชุบ ควรระบุให้ชัดเจน หากใช้สำหรับต่อกราวด์ ควรระบุขนาดของแผ่นทองแดง การเคลือบผิว พื้นที่ของแหวนรอง และแรงบิด หรือข้อกำหนดของฮาร์ดแวร์ ไม่ควรส่งแรงเค้นทางกลไปยังข้อต่อบัดกรีที่บอบบางหรือลายวงจรขนาดเล็ก

การตรวจสอบ DFM และ DFA สำหรับบอร์ด BMS

จุด DFM ในการผลิต

• การเรียงซ้อนของชั้นทองแดง น้ำหนักทองแดง ความหนาของแผ่นวงจร และการตกแต่งพื้นผิวตรงตามแบบร่าง
• ระยะห่างของสายไฟฟ้าแรงสูง ช่องว่าง และพื้นที่ห้ามติดตั้ง จะถูกกำหนดด้วยขนาดที่วัดได้
• สามารถผลิตแผงตัวนำทองแดงหนาและแผ่นระบายความร้อนได้
• จุดทดสอบ แผ่นสำหรับตั้งโปรแกรม และแผ่นเชื่อมต่อ ไม่ถูกปิดกั้นด้วยหมายเหตุเกี่ยวกับการเคลือบผิว
• รูปทรงของแผงวงจรและรูยึดตรงกับข้อกำหนดของตัวกล่องหุ้ม

จุดประกอบ DFA

• เครื่องหมายแสดงขั้วมีความชัดเจนสำหรับไดโอด ไอซี ตัวเก็บประจุ ออปโตคัปเปลอร์ และคอนเนคเตอร์
• ชิ้นส่วนขนาดใหญ่มีพื้นที่ว่างและจุดบัดกรีเพียงพอ
• ชิ้นส่วนที่มีระยะห่างระหว่างเกลียวแคบจะไม่วางอยู่ใกล้กับขั้วต่อสูงหรือขอบกลไกมากเกินไป
• ในแบบร่างแสดงพื้นที่ห้ามเคลือบ ป้ายกำกับ และพื้นที่ตรวจสอบ
• ชิ้นส่วนสำคัญที่จัดส่งจะถูกติดฉลากและบรรจุหีบห่อเพื่อใช้ในกระบวนการผลิต

ปัญหาทั่วไปในการเผยแพร่

การวางแผนจุดทดสอบและอินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรม

จุดทดสอบที่เข้าถึงได้

ควรวางจุดทดสอบในตำแหน่งที่หัววัดสามารถเข้าถึงได้หลังการประกอบ หลีกเลี่ยงการวางแผ่นทดสอบที่สำคัญไว้ใต้ขั้วต่อ ใต้ชิ้นส่วนที่มีความสูง ภายในบริเวณเคลือบผิว หรือใกล้ขอบแผงวงจรมากเกินไป จุดทดสอบควรติดป้ายกำกับอย่างสม่ำเสมอและเชื่อมโยงกับขั้นตอนการทดสอบของลูกค้า หากวางแผนการทดสอบอัตโนมัติ ควรตรวจสอบขนาดแผ่นทดสอบ ระยะห่าง และการเข้าถึงอุปกรณ์จับยึดตั้งแต่เนิ่นๆ

การออกแบบอินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรม

แผ่นหรือขั้วต่อสำหรับโปรแกรมควรเข้าถึงได้ง่ายและได้รับการป้องกันการลัดวงจรโดยไม่ตั้งใจ การออกแบบควรระบุแรงดันไฟฟ้าในการโปรแกรม ประเภทอินเทอร์เฟซ ทิศทาง การควบคุมเวอร์ชันเฟิร์มแวร์ และวิธีการยืนยัน หากการโปรแกรมไม่ได้ดำเนินการโดย Highleap แพ็คเกจการประกอบควรระบุว่าบอร์ดที่จัดส่งนั้นยังไม่ได้โปรแกรม

เอกสารการทดสอบการผลิต

ควรมีการกำหนดขีดจำกัดการทดสอบและบันทึกข้อมูลก่อนเริ่มการผลิต สำหรับต้นแบบ การรับฟังความคิดเห็นจากวิศวกรอย่างไม่เป็นทางการอาจเพียงพอ แต่สำหรับการผลิตจริง ขั้นตอนการทดสอบที่ชัดเจนพร้อมเกณฑ์ผ่าน/ไม่ผ่าน เวอร์ชันเฟิร์มแวร์ ฉลากหมายเลขประจำเครื่อง และรูปแบบการบันทึกข้อมูลจะมีความน่าเชื่อถือมากกว่า Highleap สามารถปฏิบัติตามขั้นตอนที่ลูกค้ากำหนดได้ เมื่อขั้นตอนเหล่านั้นรวมอยู่ในขอบเขตการผลิตที่ตกลงกันไว้

หมายเหตุและคำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ RFQ ในขั้นตอนการออกแบบจนถึงการประกอบ

หมายเหตุ RFQ สำหรับการเผยแพร่การออกแบบ BMS

• ไฟล์ PCB, โครงสร้างชั้นทองแดง, น้ำหนักทองแดง และการตกแต่งพื้นผิว
• รายการวัสดุ (BOM) พร้อมหมายเลขชิ้นส่วนผู้ผลิต (MPN) ที่แน่นอน และชิ้นส่วนทดแทนที่ได้รับอนุมัติ
• ภาพประกอบการประกอบพร้อมระบุขั้ว ทิศทางการเชื่อมต่อ และหมายเหตุเกี่ยวกับการเคลือบผิว
• ข้อกำหนดด้านระยะห่างของสายไฟฟ้าแรงสูง ช่องว่าง และพื้นที่ห้ามติดตั้ง
• เส้นทางกระแสไฟฟ้า, รูระบายความร้อน และความต้องการทองแดงจำนวนมาก
• ภาพวาดแสดงขั้วต่อ สายไฟ และส่วนต่อประสานทางกล
• ขั้นตอนการเขียนโปรแกรมและข้อกำหนดการทดสอบการทำงาน (ถ้ามี)
• ข้อกำหนดด้านบรรจุภัณฑ์ การตรวจสอบย้อนกลับ และบันทึกการผลิต

ลิงก์ภายในสำหรับการวางแผนการผลิต

สำหรับบริการประกอบชิ้นส่วน โปรดดูที่การประกอบ PCB ของ BMSสำหรับการตรวจสอบ NPI ก่อนวางจำหน่าย โปรดดูที่ การตรวจสอบ DFM ของ NPI สำหรับการถ่ายโอนต้นแบบ โปรดดูที่ การแปลงต้นแบบเป็น PCBA สำหรับการผลิต