Giải pháp kiểm tra mạch bảo vệ pin BMS sử dụng ATE 6020

Hiện nay, các thiết bị cầm tay và phương tiện vận hành bằng pin Li-ion hoặc Li-polyme, như điện thoại, laptop, máy hút bụt, drone và các phương tiện như xe đạp điện, xe trượt, ô tô, xe buýt hoặc tàu thuyền, … đang ngày càng phổ biến. Và để sạc cho loại pin này đòi hỏi kiểm soát cẩn thận điện áp, dòng điện, nhiệt độ và trạng thái sạc SoC. Việc tích hợp mạch bảo vệ/ hệ thống quản lý pin BMS vào trong bộ sạc pin sẽ giúp ta đạt được điều này. Các bộ sạc pin được tích hợp mạch bảo vệ BMS cần phải được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn sử dụng. Các sự cố pin bắt lửa cũng được nghiên cứu và công bố rộng rãi, và chúng có thể gây thiệt hại đáng kể tới những công ty quảng bá các sản phẩm như vậy. Và để kiểm chứng độ an toàn của pin nên hãng Prodigit đã phát triển giải pháp công cụ kiểm tra mạch bảo vệ pin BMS. Giải pháp hệ thống kiểm tra mạch BMS không chỉ mang lại công cụ kiểm tra chuyên dụng mà còn đem lại chứng thực về chất lượng khi kiểm tra từng cell pin hay nhiều pin.  

Khi nói về pin, cần chú ý đến các yếu tố như dung lượng pin, nhiệt độ vận hành, thông số chống nước, bụi, môi trường và thông số an toàn pin. Và các thông số quan trọng nhất là hiệu suất pin, trạng thái sạc SoC, điện áp, ampe/giờ (AH) hoặc wat/giờ (WH), nội trở, hiệu suất, mức tự xả pin và chu kỳ pin. Để đảm bảo hiệu suất của pin, cần phải kiểm tra từng cell pin cũng như cả đầu ra/vào của cả hệ thống pin.

Bộ pin có bao nhiêu cell mắc nối tiếp sẽ quyết định loại mạch BMS cần dùng. Điện áp tổng của các cell mắc nối tiếp cũng chính là điện áp của bộ pin. Với công nghệ hiện tại, một mạch bảo vệ pin BMS tương tự có thể kiểm soát từ 1 cho tới 26 pin hay 16 kênh.

Các mạch bảo vệ pin BMS được thiết kế với yêu cầu: công suất tiêu thụ điện thấp, độ tin cậy cao và an toàn cho người dùng. Ngày nay, loại pin được sử dụng hầu hết là pin lithium. Nhưng độ an toàn của chúng vẫn còn bỏ ngỏ. Do lithium là vật liệu có độ hoạt động hóa học mạnh, nên nó rất dễ gây ra cháy nổ hoặc bắt lửa. Dẫu vậy, không một loại chất nào có mật độ năng lượng cao hơn lithium cả. Vì thế, nhà sản xuất khi thiết kế mạch BMS cần chú trọng vào tính năng bảo vệ. Dù là một cell pin, cả khối pin hay là cả mạch bảo vệ BMS thì mạch luôn phải có một cơ chế bảo vệ nhằm đảm bảo an toàn khi sử dụng và vận hành trong mọi loại điều kiện. Thêm vào đó, mạch bảo vệ pin BMS còn được dùng để kiểm soát chức năng bảo vệ. Chức năng này hỗ trợ kéo dài tuổi thọ pin. Khi pin trong quá trình sạc và xả thì điện áp giữa các cell luôn phải được cân bằng để đảm bảo không cell nào bị sạc hoặc xả quá sâu.

Mạch bảo vệ pin BMS được thiết kế để bảo vệ pin khỏi hư hại, kéo dài tuổi thọ và duy trì hiệu suất pin. Nói cách khác, mạch bảo vệ pin đóng vai trò then chốt trong việc giúp pin đáp ứng yêu cầu an toàn và vận hành.

1. Các chức năng cơ bản của mạch bảo vệ pin gồm có:

- Kiểm soát điện áp pin

- Kiểm soát dòng đầu vào (khi sạc pin) và dòng đầu ra (khi xả pin)

- Kiểm soát điện áp từng cell pin

- Kiểm soát nhiệt độ pin (thông qua nhiệt điện trở NTC). Mạch bảo vệ pin cần ngắt hoặc giới hạn điện áp hoặc dòng sạc có độ trễ bảo vệ. Nếu có hiện tượng quá nhiệt hoặc nhiệt quá thấp thì mạch bảo vệ pin phải kết nối lại với bộ sạc hoặc xả có thời gian phục hồi sau khi hết hiện tượng trên.

- Nếu các giá trị quá nhiệt/ nhiệt quá thấp vượt quá giới hạn trên hoặc giới hạn thấp nhất, thì mạch bảo vệ pin cần ngắt kết nối để bảo vệ pin, trong đó bao gồm bảo vệ quá áp OV, áp thấp UV, quá dòng OC, và ngắn mạch SCD, v.v… Ngoài ra, sau khi ngắt chế độ bảo vệ cần thời gian phục hồi để pin có thể hoạt động ổn định nhằm đáp ứng yêu cầu thiết kế.

- Đối với trường hợp các cell pin được mắc với nhau thì cần phải cân bằng lại số cell pin trong mỗi khối pin.

- Kiểm tra trạng thái hoạt động của các thành phần trong hệ pin để mạch bảo vệ pin có thể hoạt động an toàn

- Trạng thái sạc SoC, Trạng thái pin SoH và Thông số chức năng pin cũng cần được tính toán và kiểm tra.

- Thông qua giao diện BMS, người dùng có thể hiệu chuẩn các giá trị trên, thiết đặt lại các tham số và gửi phản hồi tới hệ thống.

Việc mạch bảo vệ pin có thể thực hiện các chức năng trên hay không phụ thuộc vào độ chính xác của tín hiệu đầu vào mà cảm biến đo được. và các cảm biến này ảnh hưởng trực tiếp tới sự an toàn của người dùng, nên chúng cần được kiểm tra 100% như một phần của quá trình kiểm định chất lượng mạch bảo vệ pin. Do mạch bảo vệ pin là thiết bị chuyên dụng cho pin, nên kiểm định chất lượng cũng sẽ tương đối phức tạp và cần kiểm tra và xác nhận theo từng bước để mạch có thể hoạt động đúng chuẩn. Do vậy, giải pháp hệ thống kiểm tra mạch BMS ATE là lựa chọn tốt nhất.

Vì mạch bảo vệ pin phải được kết nối với pin và nó còn là thiết bị chuyên dụng rất cao, nên người dùng phải xác định và cài đặt các thông số cho mạch. Hệ thống ATE chỉ là công cụ bổ sung và xác nhận xem các thông số có đáp ứng được yêu cầu thẩm định hay không. Để tránh sai số chủ quan, thì các thông số cài đặt cho mạch bảo vệ pin chỉ áp dụng cho từng loại pin nhất định trong thực tế. Các thông số này không áp dụng cho các loại pin lithium có thông số khác. Chính vì vậy, yêu cầu đặt ra phải có loại mạch bảo vệ chuyên dụng kết hợp với loại pin yêu cầu để đáp ứng chức năng mong muốn, Và nó khác với tiêu chuẩn cho mạch đơn. Nói cách khác, người dùng không cần lo lắng về cài đặt tham số cho mạch BMS khi sử dụng hệ thống ATE, chỉ cần đảm bảo kiểm tra các chức năng bảo vệ và an toàn mạch mà không có sai số là được

2. Giải pháp kiểm định chất lượng

Hãng Prodigit cung cấp cho người dùng giải pháp kiểm tra tương ứng đối với pin lithium, bộ sạc và mạch bảo vệ pin BMS. Ngoài ra, Prodigit còn đem lại đa dạng sản phẩm tải điện tử trong công nghiệp, cho công suất lên tới 60kW, điện áp lên tới 1000V, và dòng lên tới 1000A. Và hãng cũng cung cấp đa dạng thông số chuyên dụng (theo yêu cầu) và các option để kiểm tra ngắn mạch/quá dòng của mạch bảo vệ pin để đáp ứn nhu cầu cuủ thị trường.

3. Các chức năng kiểm tra của hệ thống BMS ATE 6020

Kiểm tra chip bảo vệ qua hệ thống kiểm tra 4 kênh 99097, cho khả năng hiệu chuẩn đồng thời 4 mạch

- Kiểm tra và nạp dữ liệu 12 cell pin

- Tự động nhập ngày sản xuất và số seri

- Hiệu chuẩn PCM

Trường hợp mạch tiêu thụ dòng không tải OC gồm có: trạng thái Normal, trạng thái Sleep, trạng thái Shout Down

Điện áp không tải OV: tiến hành sau khi đo điện áp tải, kiểm tra liệu MOSFET có tự đóng không.

CIR trở kháng sạc pin

DIR trở kháng xả pin

Nhiệt điện trở NTC 

ID xác định điện trở

Điện áp tải OVD: mức độ tải của mạch bảo vệ 

Kiểm soát sạc pin:

- Bảo vệ/phục hồi quá áp cho khối pin

- Bảo vệ/phục hồi sạc quá áp OVC

- Bảo vệ/phục hồi sạc quá nhiệt OTC

- Bảo vệ/phục hồi sạc quá dòng COC

Kiểm soát xả pin:

- Bảo vệ/phục hồi xả khi áp thấp UVD

- Bảo vệ/phục hồi khi xả quá nhiệt OTD

- Bảo vệ/phục hồi khi xả quá dòng (50A, 55A) OCD

- Bảo vệ/phục hồi xả khi ngắn mạch (90A) SCD

Đo giá trị LDO

Kiểm tra xả tự động OD

Chức năng cân bằng nhiều pin EQ

Giao tiếp qua cổng SMBus




5. Tính năng:
- Thẩm quyền truy cập hệ thống: quản lý người dùng, cho phép người dùng khác nhau được quyền chỉnh sửa thao tác riêng
- Khả năng mở rộng cao: dành cho khối pin nhiều cell, 4 cell một kênh, có thể mở rộng từ 1 tới 16 cell trên một dải pin 
- Khả năng tương thích cao: đa dạng thông số sạc và xả, kiểm tra chức năng bảo vệ dòng đa mức
- Thiết bị mô phỏng pin: dùng 1 dải 16 cell pin hoặc 4 dải 4 cell pin, thiết bị có thể mô phỏng điện áp analog 0.1-5V. Người dùng có thể kiểm tra các thông số của sản phẩm PCM: mức tiêu thụ năng lượng chế độ Sleep PCM OC, cân bằng và bảo vệ sạc xả ở từng dải pin
- Giao tiếp giữa thiết bị và hệ thống qua giao diện RS-232
- Giao thức giao tiếp IC hỗ trợ I2C, SMBUS và các giao thức tùy chỉnh khác
- Kết quả kiểm tra Pass/Fail: Hệ thống có thể đo chính xác sự thay đổi áp và dòng. Nếu kết quả kiểm tra là NG, hệ thống sẽ tự động ngừng kiểm tra và phát ra âm cảnh báo.
- Xử lý dữ liệu và giao tiếp người-máy: kết quả kiểm tra sẽ được chuyển thành dạng file Excel. Bảng kiểm tra cần có những mục sau: chức năng kiểm tra, kiểm tra Pass/Fail, quy trình kiểm tra; hỗ trợ kiểm tra theo khối và chuyển đổi dữ liệu

6. Hệ thống kiểm tra BMS ATE 6020 thực tế
- Máy tính có cài đặt hệ thống kiểm tra BMS 6020 tự động và điều khiển I/O 
- Tải điện tử 3300F + 3311F 60V/6GA/300W, có chức năng BMS, có thể cấp tải tối đa lên tới 120A
- Nguồn DC 5070 120V/25A
- Hộp chuyển mạch BMS 99096
- Bộ tiếp hợp 4 kênh 99097
- Máy mô phỏng pin cho BMS model 50SO, bộ ổn áp có thể cài đặt mô phỏng cấu hình của 1 khối 16 dải pin hoặc 4 khổi 4 dải pin
- Đồng hồ đo vạn năng 34461A
- Nguồn kiểm tra ngắn mạch/quá dòng 5V/10QA
- Máy mô phỏng NTC

7. Hệ thống kiểm tra BMS ATE 6020 thực tế
- Kiểm tra mạch BMS đơn pin
- Kiểm tra mạch BMS đa pin
- Kiểm định thiết kế R&D
- Khả năng kiểm tra số lượng lớn trong sản xuất
- Kiểm tra và xác thực khối pin

Chức năng bảo vệ quá dòng của BMS bao gồm nạp/xả quá sâu, ngắn mạch, … Giải pháp tải điện tử của Prodigit (Model 331OF) với option BMS có thể đo giá trị bảo vệ dòng đỉnh và thời gian phản hồi bảo vệ. Nếu cần thiết, Prodigit có thể cung cấp model tương ứng với dòng bảo vệ lên tới 100GA để đáp ứng yêu cầu thị trường.
Chức năng phát hiện nhiệt của BMS bao gồm bảo vệ quá nhiệt hoặc nhiệt thấp, phục hồi và bảo vệ sau nhiệt. Hãng Prodigit thiết kế mô đun NTC với khả năng mô phỏng nội trợ của mạch BMS NTC. Sử dụng máy 3302F có option NTC hoặc hệ thống BMS ATE 6020 chế độ mô phỏng NTC, người dùng có thể kiểm chứng chế độ bảo vệ nhiệt độ, độ trễ thời gian phản hồi và thời gian phục hồi. 
Đối với nội trở DC của mạch BMS, nội trở dòng AC, dòng tiêu thụ của mạch BMS, cân bằng cell pin, mô phỏng NTC và các chức năng bảo vệ khác, hệ thống tự động kiểm tra BMS 6020 hiệu suất cao cho phép kiểm tra đồng thời từ 1 tới 4 mạch BMS. Mỗi mạch BMS đều được kiểm tra từng bước và nhanh chóng. Hệ thống kiểm tra BMS 6020 không chỉ được lập cấu hình thành hệ thống kiểm tra đơn phục vụ công tác kiểm tra và kiểm định chất lượng, mà hệ thống còn có thể được thiết lập để kiểm tra đồng thời 4 mạch BMS đáp ứng nhu cầu kiểm tra nhanh chóng trong môi trường sản xuất hàng loạt.

Để kiểm tra mức nạp đầy và xả cạn của cả khối pin, hãng Prodigit cung cấp giải pháp hệ thống kiểm tra sạc và xả pin 9841 và phần mềm dựa theo yêu cầu của người dùng. Hệ thống kiểm tra được thiết kế phù hợp với công suất và tải yêu cầu để có thể tiến hành kiểm tra mức sạc/xả của pin 

Giải pháp hệ thống kiểm tra BMS ATE 6020 có thể được bán theo dạng hệ thống hoàn chỉnh (cả phần cứng và phần mềm) hoặc phần cứng riêng. Đôi với những thiết bị phức tạp, hãng Prodigit cũng cung cấp hướng dẫn lập trình và vận hành cụ thể. Điều này cho phép người dùng có thể cài đặt thêm vào hệ thống ATE có sẵn mạch ổn định điện áp 5080 để mô phỏng pin và Hộp chuyển mạch BMS 99096 có chức năng mô phỏng NTC. Ngoài ra người dùng cũng có thể tự tạo nên hệ thống kiêm tra ATE cho riêng mình,

Liên hệ đặt hàng giải pháp hệ thống kiểm tra tự động BMS ATE 5020:

Liên hệ bộ phận bán hàng của hãng Prodiigt hoặc nhà phân phối ở khu vực của bạn.