動(dòng)(dòng)力BMS鋰電池保護(hù)(hù)板

一、鋰電池的構(gòu)(gòu)成

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

二、鋰電池優(yōu)(yōu)缺點(diǎn)(diǎn)

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

鋰電池的缺點(diǎn)(diǎn)就是，價(jià)(jià)格相對(duì)(duì)高，溫度范圍相對(duì)(duì)窄，有一定的安全隱患（需加保護(hù)(hù)系統(tǒng)(tǒng)）。

三、鋰電池分類

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

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)(dòng)力電池對(duì)(duì)比

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

動(dòng)(dòng)力電池區(qū)(qū)別于普通電池又其一定的特殊性：

1.電池的串并聯(lián)(lián)

2.電池的容量較大

3.電池的放電倍率較大（混合動(dòng)(dòng)力和電動(dòng)(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(zhǎng)(zhǎng)，一般要求5~10年

五、BMS功能介紹及分析

1.電池保護(hù)(hù)，和PCM差不多，過(guò)充、過(guò)放、過(guò)溫、過(guò)流，還有短路保護(hù)(hù)。像普通的鋰錳電池和三元鋰電池，一旦檢測(cè)(cè)到任何一節(jié)(jié)電池電壓超過(guò)4.2V或任何一節(jié)(jié)電池電壓低于3.0V系統(tǒng)(tǒng)就會(huì)(huì)自動(dòng)(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(tǒng)(tǒng)會(huì)(huì)自動(dòng)(dòng)切斷電流通路，保障電池和系統(tǒng)(tǒng)安全。

2.能量均衡，整個(gè)(gè)電池包，由于很多節(jié)(jié)電池串聯(lián)(lián)，工作一定時(shí)(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)(huì)表現(xiàn)(xiàn)出很大的差異，對(duì)(duì)電池的壽命和系統(tǒng)(tǒng)的使用有巨大的影響，能量均衡就是彌補(bǔ)(bǔ)電芯個(gè)(gè)體之間的差異去做一些主動(dòng)(dòng)或被動(dòng)(dòng)的充電或放電的管理，確保電池的一致性，延長(zhǎng)(zhǎng)電池的壽命。

業(yè)(yè)內(nèi)(nèi)一般有被動(dòng)(dòng)均衡和主動(dòng)(dòng)均衡兩類方式，其中被動(dòng)(dòng)均衡主要是把電量多的電量通過(guò)電阻消耗達(dá)(dá)到均衡，主動(dòng)(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(zhuǎn)(zhuǎn)移到電量少的電池達(dá)(dá)到均衡。

由于主動(dòng)(dòng)均衡系統(tǒng)(tǒng)相對(duì)(duì)復(fù)(fù)雜，成本相對(duì)(duì)較高，主流依然還是被動(dòng)(dòng)均衡。

3.SOC計(jì)(jì)算，電池的電量計(jì)(jì)算是BMS很重要的一塊，很多系統(tǒng)(tǒng)都需要比較精確知道剩余電量的情況。由于技術(shù)(shù)的發(fā)(fā)展，SOC的計(jì)(jì)算積累的很多的方法，精度要求不高的可以根據(jù)(jù)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(nèi)(nèi)阻法、神經(jīng)(jīng)網(wǎng)(wǎng)絡(luò)(luò)法、卡爾曼濾波法等。業(yè)(yè)內(nèi)(nèi)主流依然是電流計(jì)(jì)分法。

4.通信，不同的系統(tǒng)(tǒng)對(duì)(duì)通信接口的要求不一樣，主流的通信接口有SPI、I2C、CAN、RS485等。其中汽車和儲(chǔ)(chǔ)能系統(tǒng)(tǒng)主要是CAN和RS485。

BMS系統(tǒng)(tǒng)由于競(jìng)(jìng)爭(zhēng)(zhēng)還不充分，加之其系統(tǒng)(tǒng)的復(fù)(fù)雜性，系統(tǒng)(tǒng)廠商相對(duì)(duì)較少，相關(guān)(guān)的芯片廠商也主要是歐美幾家大廠，國(guó)(guó)內(nèi)(nèi)有少數(shù)(shù)幾家大公司在研發(fā)(fā)。未來(lái)的機(jī)(jī)會(huì)(huì)很多。（下面給大家講保護(hù)(hù)板出現(xiàn)(xiàn)不良的分析）

六、保護(hù)(hù)板不良分析

1、無(wú)顯示、輸出電壓低、帶不起負(fù)(fù)載：

此類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(yīng)(yīng)測(cè)(cè)試保護(hù)(hù)板的自耗電，看是否是保護(hù)(hù)板自耗電過(guò)大導(dǎo)(dǎo)致電芯電壓低。如果電芯電壓正常，則是由于保護(hù)(hù)板整個(gè)(gè)回路不通（元器件虛焊、假焊、FUSE不良、PCB板內(nèi)(nèi)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(fù)(fù)極，紅表筆依次接FUSE、R1電阻兩端，IC的Vdd、Dout、Cout端，P+端（假設(shè)(shè)電芯電壓為3.8V），逐段進(jìn)(jìn)行分析，此幾個(gè)(gè)測(cè)(cè)試點(diǎn)(diǎn)都應(yīng)(yīng)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(cè)(cè)試FUSE是否導(dǎo)(dǎo)通，若導(dǎo)(dǎo)通則是PCB板內(nèi)(nèi)部電路不通；若不導(dǎo)(dǎo)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)(zhì)有問(wèn)題（在MOS或IC動(dòng)(dòng)作之前FUSE被燒壞），然后用導(dǎo)(dǎo)線短接FUSE，繼續(xù)(xù)往后分析。

2.R1電阻兩端電壓有變化：測(cè)(cè)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(nèi)(nèi)部電阻出現(xiàn)(xiàn)問(wèn)題。

3. IC測(cè)(cè)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(cè)(cè)試B-到P+間的電壓異常，則是由于保護(hù)(hù)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(hù)(hù)板負(fù)(fù)極過(guò)孔不通。

七、 短路無(wú)保護(hù)(hù)

1.VM端電阻出現(xiàn)(xiàn)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(rèn)(rèn)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(hù)(hù)與過(guò)流、短路保護(hù)(hù)共用一個(gè)(gè)MOS管，若短路異常是由于MOS出現(xiàn)(xiàn)問(wèn)題，則此板應(yīng)(yīng)無(wú)過(guò)放保護(hù)(hù)功能。

3.以上為正常狀況下的不良，也可能出現(xiàn)(xiàn)IC與MOS配置不良引起的短路異常。如前期出現(xiàn)(xiàn)的BK-901，其型號(hào)(hào)為‘312D’的IC內(nèi)(nèi)延遲時(shí)(shí)間過(guò)長(zhǎng)(zhǎng)，導(dǎo)(dǎo)致在IC作出相應(yīng)(yīng)動(dòng)(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)(fā)生異常最簡(jiǎn)(jiǎn)易、直接的方法就是對(duì)(duì)有懷疑的元器件進(jìn)(jìn)行更換。

八、 短路保護(hù)(hù)無(wú)自恢復(fù)(fù)

1. 設(shè)(shè)計(jì)(jì)時(shí)(shí)所用IC本來(lái)沒(méi)有自恢復(fù)(fù)功能,如G2J，G2Z等。

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

3. P+、P-間漏電，如焊盤之間存在帶雜質(zhì)(zhì)的松香，帶雜質(zhì)(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(cè)(cè)試IC各管腳之間阻值。

九、 內(nèi)(nèi)阻大

1. 由于MOS內(nèi)(nèi)阻相對(duì)(duì)比較穩(wěn)(wěn)定，出現(xiàn)(xiàn)內(nèi)(nèi)阻大情況，首先懷疑的應(yīng)(yīng)該是FUSE或PTC這些內(nèi)(nèi)阻相對(duì)(duì)比較容易發(fā)(fā)生變化的元器件。

2.如果FUSE或PTC阻值正常，則視保護(hù)(hù)板結(jié)(jié)構(gòu)(gòu)檢測(cè)(cè)P+、P-焊盤與元器件面之間的過(guò)孔阻值，可能過(guò)孔出現(xiàn)(xiàn)微斷現(xiàn)(xiàn)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(xiàn)(xiàn)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?yàn)閺澱蹠r(shí)(shí)可能導(dǎo)(dǎo)致管腳焊接處異常；再將MOS管放到顯微鏡下觀測(cè)(cè)是否破裂；最后用萬(wàn)用表測(cè)(cè)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)(zhì)不過(guò)關(guān)(guān)而出現(xiàn)(xiàn)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)(huì)在重焊后從中裂開(kāi)。

2. ID過(guò)孔不導(dǎo)(dǎo)通：可用萬(wàn)用表測(cè)(cè)試過(guò)孔兩端。

3. 內(nèi)(nèi)部線路出現(xiàn)(xiàn)問(wèn)題：可刮開(kāi)阻焊漆看內(nèi)(nèi)部電路有無(wú)斷開(kāi)、短路現(xiàn)(xiàn)象。

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