動力BMS鋰電池保護板工作原理詳解2021-05-24 08:15
動力BMS鋰電池保護板
一、鋰電池的構(gòu)成
鋰電池主要由兩大塊構(gòu)成，電芯和保護板PCM（動力電池一般稱為電池管理系統(tǒng)BMS），電芯相當于鋰電池的心臟，管理系統(tǒng)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(gòu)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(gòu)成。
二、鋰電池優(yōu)缺點
鋰電池的優(yōu)點很多，電壓平臺高，能量密度大（重量輕、體積?。?，使用壽命長，環(huán)保。
鋰電池的缺點就是，價格相對高，溫度范圍相對窄，有一定的安全隱患（需加保護系統(tǒng)）。
三、鋰電池分類
鋰電池可以分成兩個大類：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、各種動力電池對比
動力電池主要是更具其應用來考慮的，主要應用在電動電動汽車、電動自行車、電動工具等。
動力電池區(qū)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（混合動力和電動工具）
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，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，過充、過放、過溫、過流，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(jié)電池電壓超過4.2V或任何一節(jié)電池電壓低于3.0V系統(tǒng)就會自動切斷充電或放電回路。如果電池溫度超過電池的工作溫度或電流大于電池的放電電流，系統(tǒng)會自動切斷電流通路，保障電池和系統(tǒng)安全。
2.能量均衡，整個電池包，由于很多節(jié)電池串聯(lián)，工作一定時間后，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，最后會表現(xiàn)出很大的差異，對電池的壽命和系統(tǒng)的使用有巨大的影響，能量均衡就是彌補電芯個體之間的差異去做一些主動或被動的充電或放電的管理，確保電池的一致性，延長電池的壽命。
業(yè)內(nèi)一般有被動均衡和主動均衡兩類方式，其中被動均衡主要是把電量多的電量通過電阻消耗達到均衡，主動均衡主要是把電量多的電池的電量通過電容、電感或變壓器轉(zhuǎn)移到電量少的電池達到均衡。
由于主動均衡系統(tǒng)相對復雜，成本相對較高，主流依然還是被動均衡。
3.SOC計算，電池的電量計算是BMS很重要的一塊，很多系統(tǒng)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(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=∫idt，還有內(nèi)阻法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、卡爾曼濾波法等。業(yè)內(nèi)主流依然是電流計分法。
4.通信，不同的系統(tǒng)對通信接口的要求不一樣，主流的通信接口有SPI、I2C、CAN、RS485等。其中汽車和儲能系統(tǒng)主要是CAN和RS485。
BMS系統(tǒng)由于競爭還不充分，加之其系統(tǒng)的復雜性，系統(tǒng)廠商相對較少，相關(guān)的芯片廠商也主要是歐美幾家大廠，國內(nèi)有少數(shù)幾家大公司在研發(fā)。未來的機會很多。（下面給大家講保護板出現(xiàn)不良的分析）
六、保護板不良分析
無顯示、輸出電壓低、帶不起負載：
此類不良首先排除電芯不良（電芯本來無電壓或電壓低），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回路不通（元器件虛焊、假焊、FUSE不良、PCB板內(nèi)部電路不通、過孔不通、MOS、IC損壞等）。具體分析
步驟如下：
（一）、用萬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），逐段進行分析，此幾個測試點都應為3.8V。若不是，則此段電路有問題。
1.FUSE兩端電壓有變化：測試FUSE是否導通，若導通則是PCB板內(nèi)部電路不通；若不導通則FUSE有問題（來料不良、過流損壞（MOS或IC控制失效）、材質(zhì)有問題（在MOS或IC動作之前FUSE被燒壞），然后用導線短接FUSE，繼續(xù)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。若電阻值無異常，則可能是IC內(nèi)部電阻出現(xiàn)問題。
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.若前面電壓都無變化：測試B-到P+間的電壓異常，則是由于保護板正極過孔不通。
（二）、萬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管電壓無變化，P-端電壓異常，則是由于保護板負極過孔不通。
七、短路無保護
1.VM端電阻出現(xiàn)問題：可用萬用表一表筆接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管腳有無虛焊。
2.IC、MOS異常：由于過放保護與過流、短路保護共用一個MOS管，若短路異常是由于MOS出現(xiàn)問題，則此板應無過放保護功能。
3.以上為正常狀況下的不良，也可能出現(xiàn)IC與MOS配置不良引起的短路異常。如前期出現(xiàn)的BK-901，其型號為‘312D’的IC內(nèi)延遲時間過長，導致在IC作出相應動作控制之前MOS或其它元器件已被損壞。注：其中確定IC或MOS是否發(fā)生異常最簡易、直接的方法就是對有懷疑的元器件進行更換。
八、短路保護無自恢復
1.設計時所用IC本來沒有自恢復功能,如G2J，G2Z等。
2.儀器設置短路恢復時間過短，或短路測試時未將負載移開，如用萬用表電壓檔進行短路表筆短接后未將表筆從測試端移開（萬用表相當于一個幾兆的負載）。
3.P+、P-間漏電，如焊盤之間存在帶雜質(zhì)的松香，帶雜質(zhì)的黃膠或P+、P-間電容被擊穿,ICVdd到Vss間被擊穿.（阻值只有幾K到幾百K）.
4.如果以上都沒問題，可能IC被擊穿，可測試IC各管腳之間阻值。
九、內(nèi)阻大
1.由于MOS內(nèi)阻相對比較穩(wěn)定，出現(xiàn)內(nèi)阻大情況，首先懷疑的應該是FUSE或PTC這些內(nèi)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(jié)構(gòu)檢測P+、P-焊盤與元器件面之間的過孔阻值，可能過孔出現(xiàn)微斷現(xiàn)象，阻值較大。
3.如果以上多沒有問題，就要懷疑MOS是否出現(xiàn)異常：首先確定焊接有沒有問題；其次看板的厚度（是否容易彎折），因為彎折時可能導致管腳焊接處異常；再將MOS管放到顯微鏡下觀測是否破裂；最后用萬用表測試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)不過關(guān)而出現(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，若斷裂則電阻會在重焊后從中裂開。
2.ID過孔不導通：可用萬用表測試過孔兩端。
3.內(nèi)部線路出現(xiàn)問題：可刮開阻焊漆看內(nèi)部電路有無斷開、短路現(xiàn)象。
一、鋰電池的構(gòu)成
鋰電池主要由兩大塊構(gòu)成，電芯和保護板PCM（動力電池一般稱為電池管理系統(tǒng)BMS），電芯相當于鋰電池的心臟，管理系統(tǒng)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(gòu)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(gòu)成。
二、鋰電池優(yōu)缺點
鋰電池的優(yōu)點很多，電壓平臺高，能量密度大（重量輕、體積?。?，使用壽命長，環(huán)保。
鋰電池的缺點就是，價格相對高，溫度范圍相對窄，有一定的安全隱患（需加保護系統(tǒng)）。
三、鋰電池分類
鋰電池可以分成兩個大類：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、各種動力電池對比
動力電池主要是更具其應用來考慮的，主要應用在電動電動汽車、電動自行車、電動工具等。
動力電池區(qū)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（混合動力和電動工具）
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，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，過充、過放、過溫、過流，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(jié)電池電壓超過4.2V或任何一節(jié)電池電壓低于3.0V系統(tǒng)就會自動切斷充電或放電回路。如果電池溫度超過電池的工作溫度或電流大于電池的放電電流，系統(tǒng)會自動切斷電流通路，保障電池和系統(tǒng)安全。
2.能量均衡，整個電池包，由于很多節(jié)電池串聯(lián)，工作一定時間后，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，最后會表現(xiàn)出很大的差異，對電池的壽命和系統(tǒng)的使用有巨大的影響，能量均衡就是彌補電芯個體之間的差異去做一些主動或被動的充電或放電的管理，確保電池的一致性，延長電池的壽命。
業(yè)內(nèi)一般有被動均衡和主動均衡兩類方式，其中被動均衡主要是把電量多的電量通過電阻消耗達到均衡，主動均衡主要是把電量多的電池的電量通過電容、電感或變壓器轉(zhuǎn)移到電量少的電池達到均衡。
由于主動均衡系統(tǒng)相對復雜，成本相對較高，主流依然還是被動均衡。
3.SOC計算，電池的電量計算是BMS很重要的一塊，很多系統(tǒng)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(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=∫idt，還有內(nèi)阻法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、卡爾曼濾波法等。業(yè)內(nèi)主流依然是電流計分法。
4.通信，不同的系統(tǒng)對通信接口的要求不一樣，主流的通信接口有SPI、I2C、CAN、RS485等。其中汽車和儲能系統(tǒng)主要是CAN和RS485。
BMS系統(tǒng)由于競爭還不充分，加之其系統(tǒng)的復雜性，系統(tǒng)廠商相對較少，相關(guān)的芯片廠商也主要是歐美幾家大廠，國內(nèi)有少數(shù)幾家大公司在研發(fā)。未來的機會很多。（下面給大家講保護板出現(xiàn)不良的分析）
六、保護板不良分析
無顯示、輸出電壓低、帶不起負載：
此類不良首先排除電芯不良（電芯本來無電壓或電壓低），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回路不通（元器件虛焊、假焊、FUSE不良、PCB板內(nèi)部電路不通、過孔不通、MOS、IC損壞等）。具體分析
步驟如下：
（一）、用萬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），逐段進行分析，此幾個測試點都應為3.8V。若不是，則此段電路有問題。
1.FUSE兩端電壓有變化：測試FUSE是否導通，若導通則是PCB板內(nèi)部電路不通；若不導通則FUSE有問題（來料不良、過流損壞（MOS或IC控制失效）、材質(zhì)有問題（在MOS或IC動作之前FUSE被燒壞），然后用導線短接FUSE，繼續(xù)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。若電阻值無異常，則可能是IC內(nèi)部電阻出現(xiàn)問題。
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.若前面電壓都無變化：測試B-到P+間的電壓異常，則是由于保護板正極過孔不通。
（二）、萬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管電壓無變化，P-端電壓異常，則是由于保護板負極過孔不通。
七、短路無保護
1.VM端電阻出現(xiàn)問題：可用萬用表一表筆接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管腳有無虛焊。
2.IC、MOS異常：由于過放保護與過流、短路保護共用一個MOS管，若短路異常是由于MOS出現(xiàn)問題，則此板應無過放保護功能。
3.以上為正常狀況下的不良，也可能出現(xiàn)IC與MOS配置不良引起的短路異常。如前期出現(xiàn)的BK-901，其型號為‘312D’的IC內(nèi)延遲時間過長，導致在IC作出相應動作控制之前MOS或其它元器件已被損壞。注：其中確定IC或MOS是否發(fā)生異常最簡易、直接的方法就是對有懷疑的元器件進行更換。
八、短路保護無自恢復
1.設計時所用IC本來沒有自恢復功能,如G2J，G2Z等。
2.儀器設置短路恢復時間過短，或短路測試時未將負載移開，如用萬用表電壓檔進行短路表筆短接后未將表筆從測試端移開（萬用表相當于一個幾兆的負載）。
3.P+、P-間漏電，如焊盤之間存在帶雜質(zhì)的松香，帶雜質(zhì)的黃膠或P+、P-間電容被擊穿,ICVdd到Vss間被擊穿.（阻值只有幾K到幾百K）.
4.如果以上都沒問題，可能IC被擊穿，可測試IC各管腳之間阻值。
九、內(nèi)阻大
1.由于MOS內(nèi)阻相對比較穩(wěn)定，出現(xiàn)內(nèi)阻大情況，首先懷疑的應該是FUSE或PTC這些內(nèi)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(jié)構(gòu)檢測P+、P-焊盤與元器件面之間的過孔阻值，可能過孔出現(xiàn)微斷現(xiàn)象，阻值較大。
3.如果以上多沒有問題，就要懷疑MOS是否出現(xiàn)異常：首先確定焊接有沒有問題；其次看板的厚度（是否容易彎折），因為彎折時可能導致管腳焊接處異常；再將MOS管放到顯微鏡下觀測是否破裂；最后用萬用表測試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)不過關(guān)而出現(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，若斷裂則電阻會在重焊后從中裂開。
2.ID過孔不導通：可用萬用表測試過孔兩端。
3.內(nèi)部線路出現(xiàn)問題：可刮開阻焊漆看內(nèi)部電路有無斷開、短路現(xiàn)象。
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