一、手機(jī)BMS封裝技術(shù)的定義

電池管理系統(tǒng)（BMS，Battery Management System）是一種電子系統(tǒng)，專門負(fù)責(zé)監(jiān)控和管理可充電電池（無(wú)論是單個(gè)電池還是電池組）的運(yùn)行狀態(tài)。在手機(jī)中，BMS封裝技術(shù)就是將電池管理系統(tǒng)的相關(guān)組件進(jìn)行封裝集成，以適用于手機(jī)電池管理的技術(shù)。

手機(jī)BMS通常稱為電池保護(hù)板，其任務(wù)是監(jiān)控電池狀態(tài)、計(jì)算其充電水平并提供針對(duì)過(guò)度充電、過(guò)度放電、過(guò)流和過(guò)熱的保護(hù)。它主要由保護(hù)IC、MOSFET、PCB、電容器和NTC熱敏電阻組成。保護(hù)IC也稱為控制IC，它檢測(cè)電池的電壓和電流，控制MOSFET的操作。如果電池電壓或電流超過(guò)一定閾值，它可以立即關(guān)閉MOSFET以確保電池安全，一旦電池電壓和電流恢復(fù)正常，IC就會(huì)恢復(fù)MOSFET功能。MOSFET代表金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，是在電路中充當(dāng)開關(guān)、放大器或穩(wěn)壓器的關(guān)鍵半導(dǎo)體器件，它們控制電流的流動(dòng)，從而調(diào)節(jié)電路。

這種封裝技術(shù)不僅僅是簡(jiǎn)單地將這些元件組合在一起，還涉及到布局、散熱、信號(hào)傳輸?shù)榷喾矫娴目剂?，以確保BMS在手機(jī)有限的空間內(nèi)高效、穩(wěn)定地運(yùn)行，從而延長(zhǎng)手機(jī)電池的使用壽命并確保使用過(guò)程中的安全性。

二、手機(jī)BMS封裝技術(shù)的工作原理

（一）監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集

1. 電壓監(jiān)控

• 手機(jī)BMS中的保護(hù)IC會(huì)持續(xù)對(duì)電池的電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。不同類型的鋰離子電池有著不同的額定電壓范圍，例如鈷酸鋰電池的額定電壓一般在3.7 - 4.2V之間。BMS通過(guò)精確測(cè)量電壓，判斷電池是否處于正常的充電或放電狀態(tài)。如果電壓超出了設(shè)定的安全范圍，如充電時(shí)電壓過(guò)高接近4.2V以上，可能會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)加劇，產(chǎn)生過(guò)熱等危險(xiǎn)，BMS就會(huì)采取相應(yīng)措施。

• 這一監(jiān)控是實(shí)時(shí)進(jìn)行的，通過(guò)在電池電路中的特定采樣點(diǎn)獲取電壓數(shù)據(jù)，并將其傳輸給控制單元。在多電芯的手機(jī)電池組中，還會(huì)對(duì)每個(gè)電芯的電壓進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)控，確保電芯之間的電壓平衡，防止個(gè)別電芯過(guò)充或過(guò)放。

2. 電流監(jiān)控

• 電流的監(jiān)控同樣重要。當(dāng)手機(jī)處于不同的工作狀態(tài)時(shí)，如待機(jī)、通話、玩游戲或充電時(shí)，電池的電流輸出或輸入情況會(huì)有很大差異。BMS通過(guò)檢測(cè)電路中的電流大小，可以了解電池的充放電速率。

• 如果在充電過(guò)程中檢測(cè)到電流過(guò)大，可能是充電器出現(xiàn)故障或者充電電路存在短路等問(wèn)題。此時(shí)，BMS會(huì)限制電流或者切斷電路，以避免電池受到損害。在放電過(guò)程中，過(guò)大的電流輸出可能會(huì)導(dǎo)致電池電壓驟降，影響手機(jī)的正常使用，BMS也會(huì)及時(shí)調(diào)整手機(jī)的功率消耗，保護(hù)電池。

3. 溫度監(jiān)控

• 手機(jī)BMS利用NTC熱敏電阻來(lái)監(jiān)測(cè)電池的溫度。NTC熱敏電阻的電阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變，BMS根據(jù)這個(gè)特性來(lái)獲取電池的溫度信息。

• 正常情況下，手機(jī)電池的工作溫度范圍是有限的，一般在0 - 40℃較為理想。如果電池溫度過(guò)高，可能是由于長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度使用手機(jī)（如長(zhǎng)時(shí)間玩大型游戲或者在高溫環(huán)境下充電），BMS會(huì)采取措施降低電池的充電速度或者限制手機(jī)的性能，以防止電池過(guò)熱引發(fā)安全問(wèn)題。如果溫度過(guò)低，電池的性能會(huì)下降，BMS也會(huì)調(diào)整充電和放電策略，避免在低溫下過(guò)度充電或放電。

（二）保護(hù)機(jī)制

1. 過(guò)充保護(hù)

• 當(dāng)BMS檢測(cè)到電池電壓接近或達(dá)到充電截止電壓時(shí)，保護(hù)IC會(huì)控制MOSFET切斷充電電路。例如，對(duì)于常見(jiàn)的手機(jī)鋰離子電池，當(dāng)電壓達(dá)到4.2V左右時(shí)，就會(huì)觸發(fā)過(guò)充保護(hù)。

• 這一保護(hù)機(jī)制是為了防止電池過(guò)度充電，因?yàn)檫^(guò)度充電會(huì)使電池內(nèi)部的鋰離子過(guò)度嵌入負(fù)極，可能導(dǎo)致電池鼓包、容量下降甚至引發(fā)燃燒或爆炸等嚴(yán)重后果。

2. 過(guò)放保護(hù)

• 在手機(jī)使用過(guò)程中，隨著電池電量的消耗，BMS會(huì)持續(xù)監(jiān)控電池電壓。當(dāng)電池電壓下降到一定的閾值（例如，鋰離子電池電壓低于3.0V左右）時(shí)，BMS會(huì)提示用戶充電，并在電量極低時(shí)，通過(guò)控制MOSFET切斷放電電路，防止電池過(guò)度放電。

• 過(guò)度放電會(huì)使電池中的鋰離子大量脫出正極，造成電池不可逆的損傷，如電池容量永久性降低。

3. 過(guò)流保護(hù)

• 如果在充電或放電過(guò)程中出現(xiàn)異常的大電流，例如充電時(shí)充電器輸出電流突然增大或者手機(jī)內(nèi)部電路短路導(dǎo)致放電電流過(guò)大，BMS中的保護(hù)IC會(huì)迅速控制MOSFET關(guān)閉電路。

• 過(guò)流可能會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)損壞，如電極材料的脫落，還可能引發(fā)電池過(guò)熱等安全問(wèn)題。

4. 過(guò)熱保護(hù)

• 當(dāng)溫度監(jiān)控顯示電池溫度過(guò)高時(shí)，BMS會(huì)啟動(dòng)過(guò)熱保護(hù)機(jī)制。這可能包括降低充電功率、限制手機(jī)性能（如降低CPU頻率）或者直接停止充電或放電操作。

• 過(guò)熱會(huì)影響電池的化學(xué)穩(wěn)定性，加速電池的老化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)熱失控等危險(xiǎn)情況。

• 
  

（三）充電平衡與管理

1. 充電平衡

• 在多電芯的手機(jī)電池組中，由于電芯之間的特性差異，在充電和放電過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)電芯之間的電量不平衡現(xiàn)象。BMS會(huì)通過(guò)一定的電路設(shè)計(jì)（如主動(dòng)均衡或被動(dòng)均衡技術(shù)）來(lái)調(diào)整電芯的充電狀態(tài)，確保每個(gè)電芯都能均衡充電和放電。

• 主動(dòng)均衡技術(shù)可以將電量高的電芯的電荷轉(zhuǎn)移到電量低的電芯，而被動(dòng)均衡技術(shù)通常是通過(guò)在電芯上并聯(lián)電阻，對(duì)電量高的電芯進(jìn)行放電，從而實(shí)現(xiàn)電芯之間的電量平衡。

2. 充電管理

• BMS根據(jù)電池的當(dāng)前狀態(tài)（如電壓、溫度、電量等）來(lái)控制充電電流和電壓。在電池電量較低時(shí)，可以采用較大的充電電流快速充電；當(dāng)電池電量接近充滿時(shí)，會(huì)逐漸減小充電電流，以避免電池在充滿時(shí)受到過(guò)高的電壓沖擊。

• 同時(shí)，BMS還會(huì)與手機(jī)的充電管理系統(tǒng)協(xié)同工作，根據(jù)手機(jī)的使用需求（如是否需要快速充電、是否在待機(jī)狀態(tài)等）來(lái)調(diào)整充電策略，以提高充電效率和延長(zhǎng)電池壽命。

三、手機(jī)BMS封裝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（一）延長(zhǎng)電池壽命

1. 防止過(guò)充過(guò)放

• 手機(jī)BMS封裝技術(shù)中的過(guò)充和過(guò)放保護(hù)功能對(duì)于延長(zhǎng)電池壽命至關(guān)重要。在沒(méi)有BMS保護(hù)的情況下，電池很容易因?yàn)檫^(guò)度充電或過(guò)度放電而受到損害。

• 例如，過(guò)度充電會(huì)使電池正極材料結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的變化，導(dǎo)致電池容量下降。而過(guò)放會(huì)使電池負(fù)極的鋰離子過(guò)度脫出，造成電池內(nèi)阻增大，充放電效率降低。通過(guò)BMS精確的電壓和電流監(jiān)控，能夠及時(shí)切斷充電或放電電路，避免這些情況的發(fā)生，從而延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命。

2. 均衡電芯

• 對(duì)于多電芯的手機(jī)電池組，BMS的充電平衡功能可以確保每個(gè)電芯的健康狀況保持相對(duì)一致。如果電芯之間長(zhǎng)期處于不平衡的充電和放電狀態(tài)，電量高的電芯會(huì)因?yàn)檫^(guò)度充電而加速老化，電量低的電芯會(huì)因?yàn)檫^(guò)度放電而受損。

• BMS的均衡技術(shù)可以有效地避免這種情況，使得電芯之間的壽命差異減小，整體延長(zhǎng)了電池組的使用壽命。

（二）提高安全性

1. 避免過(guò)熱

• 手機(jī)BMS封裝技術(shù)中的溫度監(jiān)控和過(guò)熱保護(hù)機(jī)制能夠有效地防止電池過(guò)熱。當(dāng)手機(jī)在高溫環(huán)境下使用或者因?yàn)閮?nèi)部電路故障導(dǎo)致電池發(fā)熱時(shí)，BMS可以及時(shí)采取措施，如降低充電功率或者限制手機(jī)性能。

• 如果沒(méi)有這樣的保護(hù)，電池過(guò)熱可能會(huì)引發(fā)熱失控，這是一種非常危險(xiǎn)的情況，可能導(dǎo)致電池燃燒甚至爆炸。

2. 防止過(guò)流危險(xiǎn)

• 過(guò)流保護(hù)功能可以避免電池在充電或放電過(guò)程中遭受過(guò)大電流的沖擊。過(guò)大的電流可能是由于充電器故障、手機(jī)電路短路等原因引起的。

• 一旦出現(xiàn)過(guò)流情況，BMS會(huì)迅速切斷電路，防止電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，如電極材料的脫落，從而保障電池的安全使用。

（三）優(yōu)化電池性能

1. 精準(zhǔn)充電管理

• BMS可以根據(jù)電池的當(dāng)前狀態(tài)（如電量、電壓、溫度等）來(lái)調(diào)整充電策略。在電池電量較低時(shí)，采用較大的充電電流進(jìn)行快速充電；當(dāng)電池電量接近充滿時(shí)，減小充電電流，以實(shí)現(xiàn)涓流充電。

• 這種精準(zhǔn)的充電管理方式可以提高電池的充電效率，減少充電時(shí)間，同時(shí)也有助于保持電池的健康狀態(tài)。

2. 適應(yīng)不同工作狀態(tài)

• 手機(jī)在不同的工作狀態(tài)下（如待機(jī)、通話、玩游戲等）對(duì)電池的功率需求不同。BMS可以根據(jù)手機(jī)的工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整電池的輸出功率，確保手機(jī)在各種情況下都能穩(wěn)定運(yùn)行。

• 例如，在玩游戲等高負(fù)荷狀態(tài)下，BMS會(huì)確保電池能夠提供足夠的功率，而在待機(jī)狀態(tài)下，則會(huì)降低電池的功耗，延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間。

四、手機(jī)BMS封裝技術(shù)的應(yīng)用案例

（一）德賽電池在智能手機(jī)BMS SIP封裝業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

1. 公司概況與業(yè)務(wù)布局

• 德賽電池是國(guó)內(nèi)鋰電池制造核心廠商之一，在BMS封裝技術(shù)方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)和廣泛的應(yīng)用。該公司以智能移動(dòng)產(chǎn)品制造微型化、系統(tǒng)模塊化發(fā)展為契機(jī)，開始布局BMS SIP業(yè)務(wù)，目前主要客戶為小米和其他國(guó)內(nèi)智能手機(jī)廠商。

• 2021年，公司完成了對(duì)惠州藍(lán)微的分立，設(shè)立德賽矽鐠專注開展SIP相關(guān)業(yè)務(wù)，并計(jì)劃在惠州仲愷投資約21億元建設(shè)SIP封裝產(chǎn)業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售項(xiàng)目。

2. BMS封裝技術(shù)在其產(chǎn)品中的體現(xiàn)

• 在其智能手機(jī)BMS SIP封裝業(yè)務(wù)中，德賽電池的BMS封裝技術(shù)能夠有效地監(jiān)控電池狀態(tài)，包括電壓、電流、溫度等參數(shù)的采集和計(jì)算，進(jìn)而控制充放電過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的保護(hù)并提升性能。

• 這種封裝技術(shù)有助于提高手機(jī)電池的安全性和使用壽命，滿足智能手機(jī)對(duì)于電池管理的高要求，例如在快速充電、長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航以及在不同環(huán)境下穩(wěn)定使用等方面提供了有力的支持。

（二）在其他智能手機(jī)廠商中的應(yīng)用

1. 滿足不同手機(jī)品牌的需求

• 幾乎所有的智能手機(jī)品牌都需要使用BMS封裝技術(shù)來(lái)管理手機(jī)電池。不同品牌的手機(jī)有著不同的電池容量、充電技術(shù)（如快充技術(shù)）和使用場(chǎng)景需求。

• 例如，蘋果手機(jī)的BMS封裝技術(shù)需要與蘋果自家的充電系統(tǒng)和手機(jī)操作系統(tǒng)高度集成，以確保電池在其獨(dú)特的硬件和軟件環(huán)境下能夠高效、安全地運(yùn)行。其BMS在優(yōu)化電池續(xù)航、保護(hù)電池在頻繁充電（如使用無(wú)線充電時(shí)）方面發(fā)揮著重要作用。

• 安卓手機(jī)陣營(yíng)中，三星、華為、OPPO、vivo等品牌也都在其手機(jī)中采用了先進(jìn)的BMS封裝技術(shù)。這些品牌的手機(jī)在充電速度不斷提升（如65W、100W快充等）的情況下，BMS能夠有效地管理電池，防止因?yàn)榭焖俪潆妿?lái)的電池過(guò)熱、過(guò)充等問(wèn)題，同時(shí)還能在日常使用中優(yōu)化電池的性能，提高電池的使用壽命。

2. 支持新型電池技術(shù)的應(yīng)用

• 隨著手機(jī)電池技術(shù)的不斷發(fā)展，如新型鋰離子電池材料（如高鎳三元材料等）的應(yīng)用，BMS封裝技術(shù)也在不斷升級(jí)。這些新型電池可能有著不同的電壓特性、充放電曲線等。

• BMS封裝技術(shù)能夠根據(jù)新型電池的特點(diǎn)進(jìn)行定制化的監(jiān)控和管理。例如，對(duì)于高能量密度的新型電池，BMS可以更精確地控制充電電流和電壓，以充分發(fā)揮電池的性能優(yōu)勢(shì)，同時(shí)確保電池的安全使用。

五、手機(jī)BMS封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（一）更高的集成度

1. 芯片集成

• 隨著手機(jī)功能的不斷增加，對(duì)BMS封裝技術(shù)的集成度要求也越來(lái)越高。未來(lái)，BMS中的多個(gè)功能芯片，如電量計(jì)芯片、保護(hù)芯片、充電管理芯片等有望進(jìn)一步集成到一個(gè)芯片中。

• 這種集成可以減少芯片的占用空間，降低成本，同時(shí)也能提高芯片之間的通信效率。例如，目前一些高端手機(jī)已經(jīng)開始采用集成度較高的BMS芯片，將部分基本的電池管理功能集成在一起，未來(lái)這種集成的范圍可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，涵蓋更多復(fù)雜的功能。

2. 功能模塊集成

• 除了芯片集成，BMS的功能模塊也將朝著集成化方向發(fā)展。例如，將電池監(jiān)控、保護(hù)、充電管理以及與手機(jī)其他系統(tǒng)（如電源管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)）的通信等功能集成到一個(gè)封裝模塊中。

• 這樣可以簡(jiǎn)化手機(jī)的電路設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)效率，并且減少因?yàn)槟K之間連接而可能出現(xiàn)的故障點(diǎn)。

（二）智能化與自適應(yīng)

1. 智能算法的應(yīng)用

• 未來(lái)的手機(jī)BMS封裝技術(shù)將更多地應(yīng)用智能算法。通過(guò)對(duì)電池歷史數(shù)據(jù)（如充電次數(shù)、放電深度、使用環(huán)境溫度等）的分析，智能算法可以預(yù)測(cè)電池的壽命、健康狀態(tài)以及性能變化。

• 例如，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，BMS可以根據(jù)用戶的使用習(xí)慣（如每天的充電時(shí)間、使用手機(jī)的應(yīng)用類型等）來(lái)調(diào)整充電策略，以達(dá)到最佳的電池管理效果。在電池出現(xiàn)輕微異常時(shí)，智能算法還可以提前預(yù)警，提示用戶采取相應(yīng)的措施，如更換電池或者調(diào)整使用習(xí)慣。

2. 自適應(yīng)不同電池類型和使用場(chǎng)景

• 隨著手機(jī)電池技術(shù)的不斷創(chuàng)新，新的電池類型（如固態(tài)電池等）可能會(huì)逐漸應(yīng)用到手機(jī)中。BMS封裝技術(shù)需要能夠自適應(yīng)不同類型的電池，快速調(diào)整其管理策略。

• 同時(shí)，手機(jī)的使用場(chǎng)景也越來(lái)越多樣化，如在不同的氣候條件下、不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下（如5G網(wǎng)絡(luò)高能耗場(chǎng)景）等。BMS要能夠根據(jù)這些不同的使用場(chǎng)景自動(dòng)調(diào)整電池的功率輸出、充電速度等參數(shù)，以確保電池的高效、安全使用。

（三）小型化與輕量化

1. 滿足手機(jī)輕薄化需求

• 現(xiàn)代手機(jī)朝著輕薄化的方向發(fā)展，這就要求BMS封裝技術(shù)也不斷實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化。BMS封裝的體積和重量需要盡可能減小，以適應(yīng)手機(jī)內(nèi)部空間有限的特點(diǎn)。

• 例如，通過(guò)采用更先進(jìn)的封裝工藝（如3D封裝技術(shù)），可以在更小的空間內(nèi)集成更多的BMS功能組件。3D封裝技術(shù)有助于在更小的空間內(nèi)集成更多功能的芯片，如集成處理器、圖形處理單元、調(diào)制解調(diào)器以及各種傳感器芯片等，在BMS封裝中可以集成電量計(jì)、保護(hù)IC等組件，減少手機(jī)主板空間占用，同時(shí)也有助于降低功耗，延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

2. 新材料的應(yīng)用

• 為了實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化，未來(lái)可能會(huì)在BMS封裝中應(yīng)用一些新型材料。這些新材料可能具有更好的導(dǎo)熱性能、電氣性能和機(jī)械性能。

• 例如，一些新型的高分子材料可以替代傳統(tǒng)的封裝材料，在保證封裝強(qiáng)度和絕緣性能的同時(shí)，減輕重量并且提高散熱效率，這對(duì)于提高BMS的性能和可靠性有著重要的意義。

•    合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

2.     水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

3.     污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

4.     這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來(lái)而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

5.     合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。