در سیستم قدرت خودروهای انرژی نو، سیستم مدیریت باتری BMS مسئول نظارت{0}زمان واقعی وضعیت باتری، کنترل دقیق فرآیندهای شارژ و دشارژ، و اطمینان از عملکرد ایمن و پایدار باتری است. به عنوان حامل سخت افزاری سیستم BMS، عملکرد و کیفیت PCB مستقیماً عملکرد کلی سیستم BMS را تعیین می کند. برخلاف برد مدار چاپی در زمینه الکترونیک مصرفی عمومی، PCB سیستم BMS برای وسایل نقلیه با انرژی جدید باید در محیط های خودرو، استانداردهای ایمنی سختگیرانه و الزامات عملکرد پایدار درازمدت مواجه شود. لذا دارای الزامات خاص و سختگیرانه در ابعاد متعدد می باشد.
1، الزامات عملکرد الکتریکی: از سیگنال و منبع تغذیه پایدار اطمینان حاصل کنید
سیستم BMS به پردازش همزمان چندین نوع سیگنال مانند ولتاژ باتری، جریان، دما و غیره نیاز دارد و شامل کار هماهنگ مدارهای کنترل منبع تغذیه با ولتاژ بالا و ولتاژ پایین{{2} است که تقاضاهای بسیار بالایی را برای عملکرد الکتریکی برد مدار چاپی ایجاد می کند. اولا، یکپارچگی سیگنال مهم است. سیگنال های نمونه برداری ولتاژ و سیگنال های ارتباطی در سیستم های BMS اغلب ضعیف و مستعد تداخل هستند. برد مدار چاپی باید ویژگی های انتقال سیگنال خوبی داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که سیگنال ها در حین انتقال به طور قابل توجهی تضعیف، تحریف یا تأخیر نمی شوند و برای جلوگیری از ارزیابی نادرست وضعیت باتری BMS به دلیل سیگنال های غیرعادی. این نیاز به برد مدار چاپی دارد که استانداردهای خاصی را در برنامه ریزی سیم کشی، تطبیق امپدانس و سایر جنبه ها رعایت کند. به عنوان مثال، برای انواع مختلف سیگنال ها، لازم است اطمینان حاصل شود که امپدانس مشخصه آنها در محدوده مشخص شده پایدار است و بازتاب سیگنال و تداخل را کاهش می دهد.
بعدی پایداری منبع تغذیه است. مدار منبع تغذیه سیستم BMS نیاز به تامین برق همزمان برای چندین جزء مانند تراشه کنترل هسته، ماژول نمونه برداری و ماژول درایو دارد. PCB باید مقاومت داخلی کم و ظرفیت حمل جریان بالایی داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که ولتاژ منبع تغذیه در سناریوهای نوسان جریان بالا (مانند تغییرات ناگهانی در جریان خروجی باتری در حین شتاب گیری یا ترمز ناگهانی) ثابت می ماند و از راه اندازی مجدد ماژول یا آسیب ناشی از نوسانات ولتاژ جلوگیری می کند. بعلاوه، برد مدار چاپی همچنین باید عملکرد عایق خوبی داشته باشد، به ویژه در نواحی مجاور مدارهای ولتاژ بالا و ولتاژ پایین{{4}. برای جلوگیری از خرابی ولتاژ بالا و ایجاد خطای اتصال کوتاه و اطمینان از ایمنی الکتریکی سیستم، طرح شکاف الکتریکی معقولی مورد نیاز است.
2، الزامات سازگاری محیطی: برای مقابله با شرایط عملیاتی پیچیده خودرو
محیط عملیاتی وسایل نقلیه با انرژی جدید پیچیده و متنوع است، از زمستان های سرد شمالی تا تابستان های گرم جنوبی، از جاده های روستایی پر دست انداز تا بزرگراه های پر سرعت-. PCB سیستم BMS باید تنش های محیطی مختلف مانند دما، رطوبت، لرزش و ضربه را تحمل کند و بنابراین باید سازگاری محیطی عالی داشته باشد.
از نظر سازگاری با دما، سیستم‌های BMS معمولاً در داخل بسته باتری یا نزدیک شاسی خودرو نصب می‌شوند که محدوده دمای عملیاتی گسترده‌ای دارند. به طور کلی، برد مدار چاپی باید در محدوده دمایی -40 درجه تا 125 درجه پایدار کار کند. این امر مستلزم آن است که مواد PCB مانند بسترها و پوشش‌ها مقاومت عالی در برابر پیری{5}}در دمای بالا و مقاومت در برابر شکست شکننده در دمای پایین داشته باشند و از مشکلاتی مانند تغییر شکل بستر، جدا شدن مدار و تخریب عملکرد عایق در دماهای شدید اجتناب شود. در عین حال، برد مدار چاپی همچنین باید تفاوت ضرایب انبساط حرارتی ناشی از تغییرات دما را در نظر بگیرد تا از شکستگی مدار یا خرابی اتصال لحیم کاری به دلیل عدم تطابق ضرایب انبساط حرارتی بین مواد مختلف جلوگیری کند.
از نظر ارتعاش و سازگاری با ضربه، ارتعاشات ایجاد شده در حین کارکرد وسیله نقلیه، و همچنین اثرات در حالات مانند شتاب سریع، ترمز، و برخورد، ممکن است باعث اتصال شل بین برد مدار چاپی و اجزای اطراف و آسیب به سیم‌کشی شود. بنابراین، برد مدار چاپی باید از استحکام مکانیکی کافی برخوردار باشد و بتواند فرکانس‌های ارتعاش خاصی و نیروهای ضربه‌ای را از نظر ساختاری تحمل کند. به عنوان مثال، با بهینه‌سازی ضخامت برد مدار چاپی، تقویت طرح‌بندی دنده‌ها و سایر روش‌ها، قابلیت‌های ضد لرزش و ضربه‌گیری آنها را می‌توان بهبود بخشید تا اطمینان حاصل شود که می‌توانند یکپارچگی ساختاری و عملکرد طبیعی را در شرایط سخت کاری حفظ کنند.
علاوه بر این، برد مدار چاپی همچنین باید مقاومت خوبی در برابر رطوبت و خوردگی داشته باشد تا از اکسید شدن مدار، رطوبت لایه عایق، یا آسیب خوردگی در محیط‌های حاوی مواد خورنده مانند نمک و گرد و غبار در محیط‌های با رطوبت بالا جلوگیری شود و عملکرد قابل اعتماد طولانی‌مدت سیستم را تضمین کند.
3، الزامات قابلیت اطمینان: الزامات عمر خدمات طولانی-را برآورده کنید
عمر مفید وسایل نقلیه جدید انرژی معمولاً بیش از 8 سال یا 150000 کیلومتر است. به عنوان سخت افزار اصلی سیستم BMS، قابلیت اطمینان PCB مستقیماً بر عمر سرویس و ایمنی کل وسیله نقلیه تأثیر می گذارد، بنابراین باید الزامات عملکرد پایدار طولانی مدت را برآورده کند.
اولاً،-ثبات طولانی مدت بسیار مهم است. در طول استفاده طولانی مدت از برد مدار چاپی، لازم است از کاهش عملکرد ناشی از عواملی مانند پیری مواد و تجمع استرس الکتریکی جلوگیری شود. به عنوان مثال، بستر PCB باید مقاومت طولانی‌مدت در برابر حرارت بالا و مقاومت در برابر پیری داشته باشد، تا اطمینان حاصل شود که می‌تواند عملکرد عایق و استحکام مکانیکی خوبی را پس از سال‌ها استفاده حفظ کند. پوشش مدار باید مقاومت سایشی و مقاومت اکسیداسیون عالی داشته باشد تا از آسیب به مدار به دلیل قرار گرفتن در معرض- طولانی مدت یا اصطکاک خفیف جلوگیری کند.
بعدی عملکرد ضد خستگی است. در طول کارکرد خودرو، تغییرات دوره ای دما و ارتعاشات مکرر می تواند باعث تغییرات تنش دوره ای در PCB شود که ممکن است در دراز مدت منجر به آسیب خستگی به مدار یا بستر شود. بنابراین، برد مدار چاپی باید مقاومت خوبی در برابر خستگی داشته باشد، که مستلزم در نظر گرفتن کامل توزیع تنش و انتخاب مواد با مقاومت خستگی عالی برای جلوگیری از خرابی ناشی از اثرات خستگی است.
علاوه بر این، سازگاری برد مدار چاپی نیز بسیار مهم است. برد مدار چاپی از همان دسته یا دسته های مختلف باید درجه بالایی از سازگاری در پارامترهای عملکرد را حفظ کند تا از خرابی زودرس برخی از سیستم های BMS به دلیل تفاوت های فردی جلوگیری شود که ممکن است بر قابلیت اطمینان کل خودرو تأثیر بگذارد. این امر مستلزم رعایت دقیق فرآیندهای استاندارد در تولید برد مدار چاپی، با کنترل دقیق بر تهیه مواد خام، فرآیندهای تولید، آزمایش کیفیت و سایر جنبه‌ها است تا اطمینان حاصل شود که هر PCB الزامات قابلیت اطمینان را برآورده می‌کند.
4، مقررات ایمنی مستلزم رعایت استانداردهای صنعت در صنعت خودروسازی است
وسایل نقلیه جدید انرژی شامل ایمنی شخصی و اموال هستند و سیستم BMS به عنوان ضمانت اصلی ایمنی باتری باید کاملاً با مقررات و استانداردهای ایمنی مربوطه در صنعت خودروسازی مطابقت داشته باشد تا ایمنی سیستم را در سناریوهای مختلف غیرعادی تضمین کند و از حوادث ایمنی جلوگیری کند.
در حال حاضر، استانداردهای ایمنی برای الکترونیک خودرو در سراسر جهان عمدتا شامل ISO26262، IEC61508، و غیره است. برد مدار چاپی سیستم BMS باید الزامات ایمنی مربوطه را مطابق با سطح ایمنی خودرو برآورده کند. به عنوان مثال، در استاندارد ISO26262، مقررات روشنی در مورد تحمل خطای سخت افزاری و قابلیت های تشخیص عیب برد مدار چاپی برای سیستم هایی با سطوح مختلف ASIL وجود دارد. برد مدار چاپی باید قابلیت‌های خاصی برای جداسازی عیب داشته باشد تا در صورت بروز یک عیب، بتوان آنها را شناسایی کرد و اقداماتی را به موقع انجام داد تا از گسترش عیب و بروز حوادث ایمنی جلوگیری شود.
در عین حال، برد مدار چاپی نیز باید با استانداردهای سازگاری الکترومغناطیسی برای الکترونیک خودرو، مانند CISPR25، مطابقت داشته باشد. PCB سیستم BMS نباید تحت تأثیر تداخل الکترومغناطیسی دستگاه‌های الکترونیکی اطراف (مانند موتورها و کنترل‌کننده‌ها) در حین کار قرار گیرد و همچنین نباید تشعشعات الکترومغناطیسی قوی ایجاد کند تا در عملکرد عادی سایر دستگاه‌ها اختلال ایجاد کند. بنابراین، برد مدار چاپی باید عملکرد محافظ الکترومغناطیسی خوبی داشته باشد و توانایی ضد تداخل الکترومغناطیسی داشته باشد، الزامات استاندارد EMC را از طریق زمین و طرح لایه محافظ معقول برآورده کند، و ایمنی سازگاری الکترومغناطیسی سیستم الکترونیکی خودرو را تضمین کند.
5، نیاز به قابلیت نگهداری: عیب یابی و تعمیر آسان است
اگرچه الزامات قابلیت اطمینان برای PCB سیستم BMS وسایل نقلیه با انرژی جدید بالا است، اما ممکن است در طول استفاده طولانی مدت همچنان خطاها رخ دهد. بنابراین، PCB باید درجه خاصی از قابلیت نگهداری داشته باشد تا عیب یابی و نگهداری بعدی را تسهیل کند و هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد.
اولاً آزمایش پذیری وجود دارد. PCB باید نقاط تست و رابط های لازم را رزرو کند تا پرسنل تعمیر و نگهداری را برای تشخیص عملکرد الکتریکی، انتقال سیگنال و غیره PCB از طریق تجهیزات حرفه ای تسهیل کند و به سرعت محل خطا را پیدا کند. به عنوان مثال، نقاط تست باید در مناطق کلیدی مانند مدارهای نمونه گیری ولتاژ و مدارهای ارتباطی رزرو شوند تا تشخیص ولتاژ، شکل موج سیگنال و سایر پارامترها در هر گره تسهیل شود و مشخص شود که آیا خطا وجود دارد یا خیر.
ثانیا، باید قابلیت جداسازی وجود داشته باشد. اتصال بین PCB و قطعات اطراف باید به راحتی جدا شود و زمانی که PCB نیاز به تعویض دارد، می توان آن را به سرعت از سایر قطعات جدا کرد تا آسیب به اجزای اطراف کاهش یابد. در عین حال، علائم روی PCB باید واضح و برای پرسنل تعمیر و نگهداری آسان باشد تا بتوانند آن را شناسایی کرده و کار کنند و کارایی تعمیر و نگهداری را بهبود بخشد.