動(dòng)力BMS鋰電池保護板

一、鋰電池的構成

鋰電池主要由兩大塊構成，電芯和保護板PCM（動(dòng)力電池一般稱(chēng)為電池管理系統BMS），電芯相當于鋰電池的心臟，管理系統相當于鋰電池的大腦。  電芯主要由正極材料、負極材料、電解液、隔膜和外殼構成，而保護板主要由保護芯片（或管理芯片）、MOS管、電阻、電容和PCB板等構成。

二、鋰電池優(yōu)缺點(diǎn)

鋰電池的優(yōu)點(diǎn)很多，電壓平臺高，能量密度大（重量輕、體積小），使用壽命長(cháng)，環(huán)保。

鋰電池的缺點(diǎn)就是，價(jià)格相對高，溫度范圍相對窄，有一定的安全隱患（需加保護系統）。

三、鋰電池分類(lèi)

鋰電池可以分成兩個(gè)大類(lèi)：一次性不可充電電池和二次充電電池（又稱(chēng)為蓄電池）。

不可充電電池如鋰二氧化錳電池、鋰-亞硫酰胺電池。

四、各種動(dòng)力電池對比

動(dòng)力電池主要是更具其應用來(lái)考慮的，主要應用在電動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)工具等。

動(dòng)力電池區別于普通電池又其一定的特殊性：

1.電池的串并聯(lián)

2.電池的容量較大

3.電池的放電倍率較大（混合動(dòng)力和電動(dòng)工具）

4.電池的安全性要求較高

5.電池的工作溫度范圍較寬

6.電池的使用壽命長(cháng)，一般要求5~10年

五、BMS功能介紹及分析

1.電池保護，和PCM差不多，過(guò)充、過(guò)放、過(guò)溫、過(guò)流，還有短路保護。像普通的鋰錳電池和三元鋰電池，一旦檢測到任何一節電池電壓超過(guò)4.2V或任何一節電池電壓低于3.0V系統就會(huì )自動(dòng)切斷充電或放電回路。如果電池溫度超過(guò)電池的工作溫度或電流大于電池的放電電流，系統會(huì )自動(dòng)切斷電流通路，保障電池和系統安全。

2.能量均衡，整個(gè)電池包，由于很多節電池串聯(lián)，工作一定時(shí)間后，由于其電芯本身的不一致性、工作溫度的不一致性等原因的影響，最后會(huì )表現出很大的差異，對電池的壽命和系統的使用有巨大的影響，能量均衡就是彌補電芯個(gè)體之間的差異去做一些主動(dòng)或被動(dòng)的充電或放電的管理，確保電池的一致性，延長(cháng)電池的壽命。

業(yè)內一般有被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡兩類(lèi)方式，其中被動(dòng)均衡主要是把電量多的電量通過(guò)電阻消耗達到均衡，主動(dòng)均衡主要是把電量多的電池的電量通過(guò)電容、電感或變壓器轉移到電量少的電池達到均衡。

由于主動(dòng)均衡系統相對復雜，成本相對較高，主流依然還是被動(dòng)均衡。

3.SOC計算，電池的電量計算是BMS很重要的一塊，很多系統都需要比較精確知道剩余電量的情況。由于技術(shù)的發(fā)展，SOC的計算積累的很多的方法，精度要求不高的可以根據電池電壓判斷剩余電量，精確的方法主要的是電流積分法（又叫Ah法），Q = ∫i dt ，還有內阻法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法、卡爾曼濾波法等。業(yè)內主流依然是電流計分法。

4.通信，不同的系統對通信接口的要求不一樣，主流的通信接口有SPI、I2C、CAN、RS485等。其中汽車(chē)和儲能系統主要是CAN和RS485。

BMS系統由于競爭還不充分，加之其系統的復雜性，系統廠(chǎng)商相對較少，相關(guān)的芯片廠(chǎng)商也主要是歐美幾家大廠(chǎng)，國內有少數幾家大公司在研發(fā)。未來(lái)的機會(huì )很多。（下面給大家講保護板出現不良的分析）

六、保護板不良分析

1、無(wú)顯示、輸出電壓低、帶不起負載：

此類(lèi)不良首先排除電芯不良（電芯本來(lái)無(wú)電壓或電壓低），如果電芯不良則應測試保護板的自耗電，看是否是保護板自耗電過(guò)大導致電芯電壓低。如果電芯電壓正常，則是由于保護板整個(gè)回路不通（元器件虛焊、假焊、FUSE不良、PCB板內部電路不通、過(guò)孔不通、MOS、IC損壞等）。具體分析

步驟如下：

（一）、用萬(wàn)用表黑表筆接電芯負極，紅表筆依次接FUSE、R1電阻兩端，IC的Vdd、Dout、Cout端，P+端（假設電芯電壓為3.8V），逐段進(jìn)行分析，此幾個(gè)測試點(diǎn)都應為3.8V。若不是，則此段電路有問(wèn)題。

1.FUSE兩端電壓有變化：測試FUSE是否導通，若導通則是PCB板內部電路不通；若不導通則FUSE有問(wèn)題（來(lái)料不良、過(guò)流損壞（MOS或IC控制失效）、材質(zhì)有問(wèn)題（在MOS或IC動(dòng)作之前FUSE被燒壞），然后用導線(xiàn)短接FUSE，繼續往后分析。

2.R1電阻兩端電壓有變化：測試R1電阻值，若電阻值異常，則可能是虛焊，電阻本身斷裂。若電阻值無(wú)異常，則可能是IC內部電阻出現問(wèn)題。

3. IC測試端電壓有變化：Vdd端與R1電阻相連。Dout、Cout端異常,則是由于IC虛焊或損壞。

4. 若前面電壓都無(wú)變化：測試B-到P+間的電壓異常，則是由于保護板正極過(guò)孔不通。

（二）、萬(wàn)用表紅表筆接電芯正極，激活MOS管后，黑表筆依次接MOS管2、3腳，6、7腳，P-端。

1.MOS管2、3腳，6、7腳電壓有變化,則表示MOS管異常。

2.若MOS管電壓無(wú)變化，P-端電壓異常，則是由于保護板負極過(guò)孔不通。

七、 短路無(wú)保護

1.VM端電阻出現問(wèn)題：可用萬(wàn)用表一表筆接IC2腳，一表筆接與VM端電阻相連的MOS管管腳，確認其電阻值大小。看電阻與IC、MOS管腳有無(wú)虛焊。

2.IC、MOS異常：由于過(guò)放保護與過(guò)流、短路保護共用一個(gè)MOS管，若短路異常是由于MOS出現問(wèn)題，則此板應無(wú)過(guò)放保護功能。

3.以上為正常狀況下的不良，也可能出現IC與MOS配置不良引起的短路異常。如前期出現的BK-901，其型號為‘312D’的IC內延遲時(shí)間過(guò)長(cháng)，導致在IC作出相應動(dòng)作控制之前MOS或其它元器件已被損壞。注：其中確定IC或MOS是否發(fā)生異常最簡(jiǎn)易、直接的方法就是對有懷疑的元器件進(jìn)行更換。

八、 短路保護無(wú)自恢復

1. 設計時(shí)所用IC本來(lái)沒(méi)有自恢復功能,如G2J，G2Z等。

2.儀器設置短路恢復時(shí)間過(guò)短，或短路測試時(shí)未將負載移開(kāi)，如用萬(wàn)用表電壓檔進(jìn)行短路表筆短接后未將表筆從測試端移開(kāi)（萬(wàn)用表相當于一個(gè)幾兆的負載）。

3. P+、P-間漏電，如焊盤(pán)之間存在帶雜質(zhì)的松香，帶雜質(zhì)的黃膠或P+、P-間電容被擊穿,IC Vdd到Vss間被擊穿.（阻值只有幾K到幾百K）.

4. 如果以上都沒(méi)問(wèn)題，可能IC被擊穿，可測試IC各管腳之間阻值。

九、 內阻大

1. 由于MOS內阻相對比較穩定，出現內阻大情況，首先懷疑的應該是FUSE或PTC這些內阻相對比較容易發(fā)生變化的元器件。

2.如果FUSE或PTC阻值正常，則視保護板結構檢測P+、P-焊盤(pán)與元器件面之間的過(guò)孔阻值，可能過(guò)孔出現微斷現象，阻值較大。

3.如果以上多沒(méi)有問(wèn)題，就要懷疑MOS是否出現異常：首先確定焊接有沒(méi)有問(wèn)題；其次看板的厚度（是否容易彎折），因為彎折時(shí)可能導致管腳焊接處異常；再將MOS管放到顯微鏡下觀(guān)測是否破裂；最后用萬(wàn)用表測試MOS管腳阻值，看是否被擊穿。

十、 ID異常

1.ID電阻本身由于虛焊、斷裂或因電阻材質(zhì)不過(guò)關(guān)而出現異常：可重新焊接電阻兩端，若重焊后ID正常則是電阻虛焊，若斷裂則電阻會(huì )在重焊后從中裂開(kāi)。

2. ID過(guò)孔不導通：可用萬(wàn)用表測試過(guò)孔兩端。

3. 內部線(xiàn)路出現問(wèn)題：可刮開(kāi)阻焊漆看內部電路有無(wú)斷開(kāi)、短路現象。

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