PCB สำหรับ EV และ BMS: คู่มือออกแบบ Battery Management System

# PCB สำหรับ EV และ BMS: คู่มือออกแบบ Battery Management System

ยานยนต์ไฟฟ้า (EV) กำลังเปลี่ยนโฉมอุตสาหกรรมยานยนต์ทั่วโลก และหัวใจสำคัญที่ทำให้ระบบแบตเตอรี่ทำงานได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพคือ ระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ (BMS)

บทความนี้จะพาคุณเข้าใจการออกแบบ PCB สำหรับ EV และ BMS อย่างครบถ้วน ตั้งแต่พื้นฐานของ BMS การรับมือกับกระแสสูง การจัดการความร้อน ไปจนถึงการเลือกวัสดุที่เหมาะสม

---

สารบัญ

1. BMS คืออะไร?
2. ความท้าทายในการออกแบบ
3. การออกแบบสำหรับกระแสสูง
4. การจัดการความร้อน
5. การแยกวงจรและความปลอดภัย
6. การเลือกวัสดุ

---

BMS คืออะไร? {#what-is-bms}

ระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ (Battery Management System หรือ BMS) ทำหน้าที่ควบคุมและปกป้องแบตเตอรี่แพ็คให้ทำงานได้อย่างปลอดภัยและมีอายุการใช้งานยาวนาน

หน้าที่หลักของ BMS

ด้านการตรวจสอบ:

ด้านการป้องกัน:

ด้านการสื่อสาร:

โครงสร้างของ BMS

BMS ทั่วไปประกอบด้วยส่วนหลักดังนี้:

> มุมมองผู้เชี่ยวชาญ: "BMS ต้องทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ในทุกสภาวะ ตั้งแต่ร้อนจัดถึงหนาวจัด และต้องทนต่อการสั่นสะเทือนตลอดอายุการใช้งานรถ 15 ปีขึ้นไป การออกแบบจึงต้องเน้นความน่าเชื่อถือเป็นหลัก" — Hommer Zhao

---

ความท้าทายในการออกแบบ {#challenges}

การออกแบบ PCB สำหรับ EV และ BMS มีความท้าทายหลายด้านที่ต้องจัดการพร้อมกัน:

---

การออกแบบสำหรับกระแสสูง {#high-current}

ความสามารถในการนำกระแสของเส้นลาย

ความสามารถในการนำกระแสของเส้นลาย PCB ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ได้แก่ ความกว้างของเส้นลาย ความหนาของทองแดง และอุณหภูมิที่ยอมให้สูงขึ้นได้ ตามมาตรฐาน IPC-2152

ตัวอย่างสำหรับทองแดง 2 ออนซ์ ชั้นนอก อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 20 องศา:

สำหรับกระแสที่สูงกว่า 50 แอมแปร์:

• ใช้บัสบาร์หรือพื้นที่ทองแดงขนาดใหญ่
• ใช้เส้นลายขนานหลายเส้น
• ใช้แถบทองแดงภายนอก
• ใช้ PCB อลูมิเนียมหรือ IMS

เทคนิคการรับมือกับกระแสสูง

---

การจัดการความร้อน {#thermal}

แหล่งความร้อนใน BMS

BMS มีจุดที่เกิดความร้อนหลายจุด:

เป้าหมายการออกแบบความร้อน:

• อุณหภูมิจุดต่อของชิ้นส่วนต้องต่ำกว่าค่าสูงสุด (โดยทั่วไป 125 องศาเซลเซียส)
• อุณหภูมิ PCB ต้องต่ำกว่า 100 องศาเซลเซียส
• ทำงานในช่วงอุณหภูมิแวดล้อม -40 ถึง +85 องศาเซลเซียส
• ลดความแตกต่างของอุณหภูมิในบอร์ด

วิธีระบายความร้อนบน PCB

การออกแบบรูระบายความร้อน

สำหรับชิ้นส่วนที่มีแผ่นระบายความร้อนอย่าง MOSFET กำลัง ควรออกแบบดังนี้:

---

การแยกวงจรและความปลอดภัย {#safety}

การแยกแรงดันสูง

BMS สำหรับ EV ต้องแยกวงจรแรงดันสูง (ฝั่งแบตเตอรี่) ออกจากวงจรแรงดันต่ำ (ระบบ 12 โวลต์) อย่างสมบูรณ์

มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง:

ระยะห่างสำหรับ EV

สถาปัตยกรรมการแยกวงจร

อุปกรณ์แยกวงจรที่ใช้:

• ไอซีแยกวงจรดิจิทัล (แบบคาปาซิทีฟหรือแม่เหล็ก)
• DC-DC คอนเวอร์เตอร์แบบแยกวงจร
• ออปโตคัปเปลอร์ (แบบเก่า)
• การแยกด้วยหม้อแปลง

---

การเลือกวัสดุ {#materials}

วัสดุ PCB สำหรับ EV/BMS

ผิวสำเร็จ

---

คำถามที่พบบ่อย

คำถาม: ต้องใช้ PCB อลูมิเนียมสำหรับ BMS ทุกตัวไหม?

คำตอบ: ไม่จำเป็น การเลือกขึ้นอยู่กับความต้องการ:

• กระแสต่ำ-ปานกลาง: FR4 + รูระบายความร้อนเพียงพอ
• ภาคกำลังสูง: แนะนำอลูมิเนียมหรือ IMS
• ผสมได้: ใช้ FR4 สำหรับวงจรควบคุม + MCPCB สำหรับภาคกำลัง

คำถาม: BMS ต้องได้ IATF 16949 ไหม?

คำตอบ: ถ้าขายให้ผู้ผลิตรถยนต์โดยตรง (OEM) จำเป็นต้องได้รับการรับรอง IATF 16949 เป็นข้อบังคับ

คำถาม: ระยะเวลาผลิต PCB สำหรับ EV เท่าไหร่?

คำตอบ: ขึ้นกับความซับซ้อน:

---

บทสรุป

การออกแบบ PCB สำหรับ EV และ BMS เป็นการรวมความท้าทายหลายด้านเข้าด้วยกัน ทั้งกระแสสูง แรงดันสูง การจัดการความร้อน และความน่าเชื่อถือในระดับยานยนต์ การวางแผนออกแบบอย่างรอบคอบตั้งแต่แรกจึงมีความสำคัญมาก เพราะการแก้ไขภายหลังมีค่าใช้จ่ายสูงและอาจทำให้โครงการล่าช้า

> สรุปจากผู้เชี่ยวชาญ: "PCB สำหรับ EV และ BMS ต้องทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบตลอดอายุการใช้งานของรถยนต์ ซึ่งอาจยาวนานกว่า 15 ปี ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ดังนั้นการลงทุนในการออกแบบและการเลือกวัสดุที่ดีตั้งแต่แรกจึงคุ้มค่ากว่าการประหยัดในระยะสั้น" — Hommer Zhao

---

บริการของเรา

PCB Thailand สำหรับ EV และ BMS:

• PCB อลูมิเนียม - สำหรับภาคกำลัง
• PCB หลายชั้น - สำหรับบอร์ดควบคุม
• ทองแดงหนา - สำหรับกระแสสูง

อุตสาหกรรมที่ให้บริการ: ยานยนต์

ติดต่อเรา สำหรับความต้องการ PCB สำหรับ EV และ BMS

---

บทความที่เกี่ยวข้อง

• เปรียบเทียบ PCB อลูมิเนียม กับ FR4
• การจัดการความร้อน PCB สำหรับ LED
• มาตรฐาน IATF 16949 สำหรับยานยนต์