Міркування щодо проектування друкованих плат BMS для складання та виробництва

Проектування друкованих плат BMS для складання та виробництва зосереджено на перетворенні схеми керування акумуляторами на плату, яку можна виготовити, зібрати, перевірити та передати у виробництво. Highleap Electronics – це компанія з виробництва та складання друкованих плат. Ми виготовляємо та збираємо плати з файлів, затверджених замовником; ми не володіємо повним проектом системи акумуляторів, прошивкою, стратегією безпеки чи сертифікацією продукції.

Плата BMS часто поєднує в собі низькорівневі датчики, високовольтне розділення, захисні схеми, зв'язок, тепловий моніторинг, роз'єми та іноді високострумові шляхи. Вибір конструкції, прийнятий до виготовлення, може суттєво вплинути на вихід складання, доступ до тестування, довгострокову повторюваність та виробничі витрати. Ця сторінка містить орієнтовані на виробництво рекомендації для інженерів, які готують файли BMS PCB та PCBA для котирування та виробництва.

Щодо послуг складання, див. розділ «Послуги з складання друкованих плат BMS» . Щодо мідних та теплових конструкцій для високострумових ізоляційних систем, див. розділ «Складання важких мідних друкованих плат».

Цілі проектування друкованих плат BMS для надійного складання

Виробничий макет з першої редакції

Друкована плата BMS повинна бути спроектована таким чином, щоб забезпечити практичний доступ для виготовлення, складання, перевірки та тестування. Це означає чітке розташування компонентів, стабільну орієнтацію роз'ємів, контрольований розподіл міді, визначені точки тестування, видиме маркування полярності та реалістичний доступ для паяння. Рання перевірка DFM може запобігти таким проблемам, як недоступні контактні площадки, нечітке маркування контакту 1, неможливість утримання покриття або розташування роз'єму, що конфліктує з корпусом.

Власність дизайну та підтримка виробництва

Власник продукту визначає поведінку акумуляторної системи, пороги безпеки, прошивку, функціональні вимоги та стратегію відповідності. Highleap підтримує перевірку виготовлення та складання з боку виробництва. Найпродуктивніший робочий процес полягає в тому, щоб надати Highleap файли проекту, стек, специфікацію продукції, складальне креслення та відомі зони ризику перед першим складанням. Це дозволяє виявити проблеми технологічності до замовлення матеріалів.

Шлях струму, лінія вимірювання та схема заземлення

Поточна чіткість шляху

Шляхи високого струму повинні бути легко ідентифіковані у файлах друкованої плати та примітках до виготовлення. Ширина міді, вага міді, масиви переходних отворів, клеми, шунти та зони розподілу тепла повинні відповідати передбачуваному струму та підвищенню температури. Струмова здатність залежить не лише від ширини доріжки; також мають значення товщина міді, положення шару, мідні площини, потік повітря, матеріал плати та середовище. Замовник повинен перевірити струмові та теплові характеристики на рівні виробу.

Захист лінії зв'язку

Лінії вимірювання напруги та шляхи вимірювання струму повинні уникати зайвого шумового зв'язку, поганого визначення роз'єму та нечіткого заземлення. З точки зору виробництва, специфікація матеріалів повинна чітко ідентифікувати прецизійні компоненти та деталі, які не підлягають заміні. Вимірювальні контакти слід розміщувати там, де можна проводити перевірку та налагодження, не пошкоджуючи вузол. Якщо використовується датчик Кельвіна, компонування повинно зберігати передбачуване вимірювальне з'єднання.

Дисципліна щодо заземлення та зворотного шляху

Плати BMS можуть містити аналогове заземлення, заземлення живлення, заземлення зв'язку та посилання на шасі або екран. Це конструктивні рішення, але виробничі файли повинні робити видимими елементи, пов'язані із заземленням. Слід визначити монтажні площадки, гальванічні отвори, контактні зони екранування та точки підключення шасі. Якщо отвір для гвинта призначений для функціонального заземлення, слід вказати обробку, зазор, площу шайби та вимоги до складання.

Планування шляхів витоку, зазорів та ізоляції

Правила інтервалів залежно від вимог до продукту

Плати BMS, що використовуються у високовольтних акумуляторних системах, вимагають певних шляхів витоку та зазорів. Необхідні значення залежать від напруги, навколишнього середовища, ступеня забруднення, групи матеріалів, покриття, стандартних вимог та архітектури виробу. Highleap може виготовляти пази, захисні отвори та мідні зазори відповідно до креслення, але значення повинні бути визначені замовником або конструкторською компанією.

Компоненти ізоляції та вибір корпусу

Оптопари, цифрові ізолятори, ізольовані модулі постійного струму та ізоляційні підсилювачі повинні відповідати необхідним характеристикам ізоляції та відстані між корпусами. Зміни в корпусі можуть вплинути на шлях витоку та розмір. Затверджені альтернативи слід ретельно контролювати. Замінна деталь з подібною електричною функцією, але з іншою геометрією корпусу, може бути неприйнятною для кінцевого продукту.

Прорізи та зазори для доступу до монтажу

Слоти та захисні майданчики повинні бути сумісними зі складанням та перевіркою. Уникайте розміщення дрібних деталей занадто близько до фрезерованих слотів, де може бути ускладнено якість кромки або визначення паяльної маски. Тримайте контрольні точки та програмні контакти поза зонами покриття або ізоляції, якщо вони повинні залишатися доступними після складання.

Тепловий дизайн навколо силових компонентів

Джерела тепла на платах BMS

Балансувальні резистори, MOSFET-транзистори, регулятори, шунти, схеми попереднього заряду, реле та роз'єми можуть виділяти тепло. Розташування повинно забезпечувати достатню площу мідних провідників, структуру переходів та інтервал між ними для передбачуваних робочих умов. Компоненти не повинні бути скупчені в зонах, де паяння, перевірка або розподіл тепла стають ненадійними. Для потужних конструкцій може знадобитися теплове моделювання або тестування на рівні виробу.

Вплив складання на теплові характеристики

Покриття паяльною пастою, утворення пустот, посадка компонентів та профіль оплавлення можуть впливати на шлях теплового потоку. Для відкритих термопрокладок потрібне трафаретне проектування та стратегія підключення, що запобігає надмірному утворенню пустот або розтікання припою. Якщо компонент підключається до радіатора або металевої пластини, механічний інтерфейс слід визначити на складальному кресленні.

Планування мідних проводів високого струму

Якщо плата BMS пропускає значний струм, може знадобитися важка мідь або широкі мідні області. Важка мідь збільшує складність виробництва та може вплинути на дрібний крок складання поблизу. Розробникам слід уникати поєднання дуже важких мідних елементів та делікатних аналогових схем, не враховуючи вплив паяння та відстані. Щодо варіантів складання з високим струмом, див. розділ про складання друкованої плати з важкої міді.

Конструкція роз'ємів, джгутів та механічного інтерфейсу

Орієнтація роз'єму та зручність обслуговування

Плати керування акумуляторами часто залежать від роз'ємів для виводів елементів живлення, зв'язку, датчиків температури, живлення, програмування та діагностики. Конструкція повинна показувати орієнтацію роз'єму, напрямок фіксації, контакт 1, кодування та деталі джгута з'єднання. Якщо плата буде встановлена ​​в корпус або модуль акумулятора, розташування роз'єму повинно забезпечувати доступ без згинання джгута або напруження паяних з'єднань.

Узгодженість розпіновки джгута

Розподілення контактів роз'єму друкованої плати та креслення джгута повинні збігатися. Невідповідність розподілення контактів може бути дорогою, оскільки друкована плата та джгут можуть пройти власну перевірку, але не пройти інтеграцію системи. Використовуйте чіткі етикетки, посилання на роз'єми та контроль версій як для креслення друкованої плати, так і для креслення джгута.

Особливості механічного монтажу та заземлення

Монтажні отвори, гальванічні отвори, заземлювальні площадки, металеві проставки та контакти шасі повинні бути визначені на механічному кресленні. Якщо монтажний отвір не гальванічний, це має бути чітко видно. Якщо він використовується для заземлення, слід вказати мідний контакт, обробку, площу шайби та вимоги до крутного моменту або кріплення. Механічне напруження не повинно передаватись на крихкі паяні з'єднання або тонкі доріжки.

Перевірки DFM та DFA для плат BMS

Точки DFM виготовлення

• Штабель, вага міді, товщина плати та обробка поверхні відповідають кресленню.
• Відстань між високовольтними елементами, прорізи та захисні прорізи визначаються вимірюваними розмірами.
• Важка мідь, масиви перехідних отворів та термопрокладки можна виготовити у виробництві.
• Вимірювальні контакти, програмні контакти та контактні площадки роз'ємів не блокуються покриттям.
• Контур плати та монтажні отвори відповідають вимогам до корпусу.

Точки DFA збірки

• Маркування полярності чітке для діодів, мікросхем, конденсаторів, оптопар та роз'ємів.
• Великі компоненти мають достатній простір та доступ для паяння.
• Деталі з дрібним кроком не розташовуються надто близько до високих роз'ємів або механічних країв.
• На кресленні видно зазори для покриття, етикетки та зони огляду.
• Відправлені критично важливі деталі маркуються та упаковуються для використання у виробництві.

Поширені проблеми з випуском

Планування тестової точки та програмного інтерфейсу

Доступні пункти тестування

Вимірювальні точки слід розміщувати там, де зонди можуть отримати до них доступ після складання. Уникайте розміщення критично важливих вимірювальних контактних площадок під роз'ємами, під високими компонентами, всередині зон покриття або занадто близько до країв плати. Вимірювальні точки повинні бути послідовно позначені та пов'язані з процедурою тестування замовника. Якщо планується автоматизоване тестування, розмір контактних площадок, відстань між ними та доступ до кріплення слід переглянути заздалегідь.

Дизайн програмного інтерфейсу

Програмувальні панелі або роз'єми повинні бути доступними та захищеними від випадкового короткого замикання. Конструкція повинна визначати напругу програмування, тип інтерфейсу, орієнтацію, контроль версій прошивки та метод підтвердження. Якщо програмування виконується не Highleap, на комплекті збірки має бути зазначено, що плати постачаються незапрограмованими.

Документація виробничих випробувань

Межі випробувань та записи слід визначити до початку виробництва. Для прототипів може бути достатньо неформального зворотного зв'язку від інженерів. Для виробництва надійнішою є чітка процедура випробувань з критеріями успішного/неуспішного проходження, версією прошивки, етикеткою серійного номера та форматом запису. Highleap може дотримуватися процедур, наданих замовником, якщо вони включені до узгодженого обсягу збірки.

Примітки та поширені запитання щодо запитів цінових пропозицій від проектування до складання

Примітки до запиту цінових пропозицій для випуску проекту BMS

• Файли друкованих плат, укладання, вага міді та обробка поверхні.
• Специфікація товару (BOM) з точними номерами найменованих виробників (MPN) та затвердженими альтернативами.
• Складальне креслення з примітками щодо полярності, орієнтації роз'ємів та покриття.
• Вимоги до відстані між високовольтними пристроями, пазів та захисних екранів.
• Вимоги до шляху струму, теплових перехідних отворів та важкої міді.
• Креслення роз'ємів, джгутів та механічного інтерфейсу.
• Процедура програмування та вимога до функціонального тестування, якщо застосовується.
• Вимоги до упаковки, відстеження та виробничого обліку.

Внутрішні посилання для планування виробництва

Щодо послуг складання див. Складання друкованої плати BMS . Щодо перевірки NPI перед випуском див. перевірки NPI DFM. Щодо передачі прототипу див. розділ прототип до виробничої друкованої плати.