PCM 보호회로가 충전 중 뜨거워지는 이유: MOSFET·전류·PCB 설계 점검

리튬 배터리 충전 중 셀보다 PCM 보호회로가 더 뜨거워질 수 있습니다. 주요 원인은 MOSFET 도통저항, 높은 충전 전류, PCB 패턴과 연결부의 전기저항입니다.

PCM 발열을 분석할 때는 실제 충전 전류, PCM 양단 전압 강하, MOSFET 온도와 핫스폿 위치를 함께 확인해야 합니다.

핵심 요약

• PCM은 충전 전류를 제어하는 충전기가 아니라 이상 상태를 차단하는 보호회로입니다.
• 충전 전류가 MOSFET과 PCB를 통과하면서 I²R 손실이 발생합니다.
• MOSFET RDS(on)이 높거나 게이트 전압이 부족하면 발열이 증가할 수 있습니다.
• 과전류 보호값과 연속 충전 전류는 서로 다른 기준입니다.
• PCM 양단 전압 강하를 측정하면 경로저항과 전력손실을 계산할 수 있습니다.
• 국부 발열이 발생하면 MOSFET, PCB 패턴, 탭, 납땜과 연결부를 점검해야 합니다.
• 셀과 PCM이 함께 뜨거우면 충전 전류, 셀 내부저항과 완제품 열구조도 확인해야 합니다.
• 양산에서는 MOSFET, PCB, 용접·납땜과 절연 구조의 변경 및 편차를 관리해야 합니다.

1. PCM 보호회로란 무엇이며 충전 IC와 어떻게 다른가?

PCM은 Protection Circuit Module의 약자로, 리튬이온 또는 리튬폴리머 배터리를 비정상적인 전압과 전류 상태로부터 보호하는 회로 모듈입니다.

일반적인 단일 셀 PCM은 다음 기능을 제공합니다.

• 과충전 보호
• 과방전 보호
• 방전 과전류 보호
• 충전 과전류 보호
• 단락 보호

보호 IC는 셀 전압과 전류 경로의 상태를 감시하고, 이상 조건이 감지되면 외부 MOSFET을 끄면서 충전 또는 방전 경로를 차단합니다. ABLIC과 Texas Instruments의 단일 셀 보호 IC 역시 외부 FET을 제어하여 과충전, 과방전 및 과전류 상태로부터 셀을 보호하는 구조를 사용합니다.

PCM과 충전 IC의 차이

구분	PCM 보호회로	충전 IC
주요 목적	이상 상태 차단	정상적인 충전 제어
충전 전류 설정	일반적으로 하지 않음	CC 전류 설정
충전 전압 제어	과충전 시 차단	CV 전압 조절
충전 종료	기본 기능이 아님	종료전류 기준으로 판단
온도 제어	설계에 따라 선택적	NTC·JEITA 기능 지원 가능
과전류 대응	임계값 초과 시 경로 차단	정상 충전 전류를 제한
작동 방식	보호 MOSFET ON/OFF	CC/CV 충전 프로파일 제어

PCM의 충전 과전류 임계값이 3A라고 해서 배터리를 3A로 충전해도 된다는 의미는 아닙니다.

정상 충전 전류는 다음 중 가장 낮은 조건을 기준으로 결정해야 합니다.

• 셀의 최대 충전 전류
• 충전 IC 설정값
• PCM의 연속 전류 능력
• 커넥터와 리드선 정격
• 완제품 열설계 한계

배터리 용량에 따른 실제 충전 전류 설정은 배터리 충전 전류 설정과 0.5C·1C 발열 비교에서 자세히 확인할 수 있습니다.

2. 리튬 배터리 PCM의 기본 구조와 충전 전류 경로

일반적인 단일 셀 PCM은 다음 요소로 구성됩니다.

• 배터리 보호 IC
• 충전 제어 MOSFET
• 방전 제어 MOSFET
• 전압 감지용 저항과 커패시터
• PCB 동박과 비아
• 셀 탭 연결부
• 리드선과 커넥터

보호 IC 제조사의 설명에 따르면 리튬이온 배터리 보호회로에서는 보통 두 개의 MOSFET을 스위치로 사용해 충전 및 방전 전류를 제어합니다.

정상 상태의 전류 경로

정상 충전 중에는 일반적으로 다음 경로로 전류가 흐릅니다.

충전기 또는 제품 PCB

↓

커넥터와 리드선

↓

PCM 출력단

↓

방전·충전 MOSFET 전류 경로

↓

PCM 입력단과 셀 탭

↓

배터리 셀

이 경로에 포함된 모든 저항 성분은 열을 발생시킬 수 있습니다.

PCM의 전체 경로저항은 다음 요소를 포함합니다.

RPATH = RFET1 + RFET2 + RPCB + RVIA + RSOLDER + RTAB + RWIRE

따라서 MOSFET 두 개의 RDS(on)만 낮다고 PCM 전체 손실이 반드시 낮아지는 것은 아닙니다.

PCM이 셀 위에 부착되는 이유

소형 리튬폴리머 배터리에서는 공간을 줄이기 위해 PCM을 셀 탭 가까이에 부착하는 경우가 많습니다.

이 구조는 배선을 짧게 만들 수 있지만 다음 문제가 발생할 수 있습니다.

• PCM 열이 셀로 전달됨
• 셀 열이 PCM으로 전달됨
• 실제 핫스폿 위치를 구분하기 어려움
• 절연테이프가 방열을 제한함
• PCM과 셀 탭 사이에 열이 집중됨

따라서 셀 표면온도만 측정하면 실제 열원이 PCM인지 셀인지 잘못 판단할 수 있습니다.

3. PCM 보호회로 발열의 핵심 원인은 I²R 손실이다

PCM의 정상 충전 중 주요 전기적 손실은 전류 경로의 저항성 손실입니다.

단순화한 계산식은 다음과 같습니다.

PPCM = I² × RPATH

여기서:

• PPCM: PCM 전력손실
• I: 실제 충전 전류
• RPATH: PCM 전체 전류 경로의 등가저항

충전 전류가 두 배가 되면 어떻게 되는가?

PCM 경로저항이 동일하다고 가정하면:

• 1A 충전: 손실은 1² × R
• 2A 충전: 손실은 2² × R
• 3A 충전: 손실은 3² × R

따라서 2A의 저항성 손실은 1A의 네 배가 되고, 3A에서는 아홉 배가 됩니다.

PCM 손실 계산 예시

PCM 전체 경로저항이 50mΩ이라고 가정합니다.

1A 충전

P = 1² × 0.05 = 0.05W

2A 충전

P = 2² × 0.05 = 0.20W

3A 충전

P = 3² × 0.05 = 0.45W

0.2W 또는 0.45W는 큰 전력처럼 보이지 않을 수 있습니다. 그러나 폭이 좁은 PCM, 작은 MOSFET 패키지와 절연테이프로 둘러싸인 구조에서는 국부적인 온도 상승을 만들 수 있습니다.

이 계산은 전기적 손실 예시이며 실제 온도는 다음 조건에 따라 달라집니다.

• PCB 크기
• 동박 면적
• MOSFET 패키지
• PCM과 셀의 접촉
• 외장 내부 공기 흐름
• 절연재
• 주변 온도
• 충전 지속시간

Infineon의 MOSFET 열설계 자료도 도통손실을 I²×RDS(on)으로 계산하고, 전력손실과 열임피던스를 이용해 접합온도 상승을 평가합니다.

4. PCM MOSFET RDS(on)이 충전 발열을 결정하는 이유

RDS(on)은 MOSFET이 켜진 상태에서 드레인과 소스 사이에 나타나는 저항입니다.

PCM에서 충전 전류가 MOSFET을 통과하면 다음 손실이 발생합니다.

PFET = I² × RDS(on)

MOSFET이 두 개 직렬로 연결된 구조에서는 두 MOSFET의 도통저항을 모두 고려해야 합니다.

PFET,total ≈ I² × [RDS(on)1 + RDS(on)2]

데이터시트의 Typical 값만 사용하면 안 된다

MOSFET 데이터시트에는 보통 다음 값이 표시됩니다.

• Typical RDS(on)
• Maximum RDS(on)
• 측정 게이트 전압 VGS
• 측정 드레인 전류
• 접합온도 조건

설계 검토에서는 Typical 값보다 다음 조건을 우선 확인해야 합니다.

• Maximum RDS(on)
• 실제 PCM의 VGS
• 예상 최고 접합온도
• 부품 허용오차
• 양산 대체품

RDS(on)은 온도가 올라가면 증가할 수 있다

실리콘 전력 MOSFET은 일반적인 동작영역에서 접합온도가 상승할수록 RDS(on)이 증가하는 특성을 보입니다. Infineon의 MOSFET 자료에서도 접합온도가 높아질수록 RDS(on)이 높아진다고 설명합니다.

이 특성은 PCM에서 다음과 같은 흐름을 만들 수 있습니다.

전류 증가

↓

MOSFET 발열 증가

↓

RDS(on) 증가

↓

도통손실 추가 증가

↓

PCM 온도 상승

이것이 곧바로 열폭주를 의미하는 것은 아니지만, 상온 RDS(on)만으로 설계하면 고온 조건에서 예상보다 큰 손실이 발생할 수 있습니다.

MOSFET의 최대 전류만 보면 안 되는 이유

MOSFET 데이터시트에 수십 암페어의 전류가 표시되어 있어도 초소형 PCM에서 그 전류를 지속적으로 사용할 수 있다는 의미는 아닙니다.

데이터시트 전류 정격에는 다음 조건이 포함될 수 있습니다.

• 낮은 케이스 온도
• 큰 PCB 동박 면적
• 특정 열저항 조건
• 짧은 펄스
• 접합온도 제한
• 이상적인 실험조건

PCM의 연속 전류는 MOSFET 전류 숫자 하나가 아니라 실제 PCB와 밀폐 구조에서의 온도시험으로 결정해야 합니다.

5. MOSFET 게이트 전압 부족이 PCM 충전 발열을 높이는 이유

MOSFET의 RDS(on)은 게이트-소스 전압 VGS의 영향을 받습니다.

데이터시트에 다음과 같이 RDS(on)이 기재되어 있을 수 있습니다.

• VGS = 10V 조건
• VGS = 4.5V 조건
• VGS = 2.5V 조건

그러나 1셀 리튬 배터리 PCM에서 MOSFET 게이트 구동전압은 배터리 전압과 보호 IC 구조에 의해 제한될 수 있습니다.

따라서 10V에서만 낮은 RDS(on)을 보장하는 MOSFET을 저전압 PCM에 사용하면 실제 도통저항이 예상보다 높을 수 있습니다.

실제 VGS를 확인해야 하는 조건

• 저전압 상태
• 충전 시작 직후
• 과방전 복귀 상태
• 고온 상태
• 보호 IC 출력전압 저하
• MOSFET 대체품 적용
• 보호 IC와 MOSFET 호환성 변경

VGS 부족의 대표적인 증상

• 충전 전류가 증가할수록 PCM 온도가 빠르게 상승
• 셀은 상대적으로 차갑지만 MOSFET만 뜨거움
• 배터리 전압이 낮을 때 발열이 더 큼
• 같은 전류에서도 특정 MOSFET 대체품만 뜨거움
• PCM 양단 전압 강하가 예상보다 큼

MOSFET을 선정할 때는 데이터시트의 가장 낮은 RDS(on)만 비교하지 말고, 실제 PCM에서 확보되는 VGS 조건에서의 최대 RDS(on)을 확인해야 합니다.

6. 충전 MOSFET과 방전 MOSFET의 방향이 PCM 발열에 미치는 영향

리튬 배터리 PCM에서는 충전과 방전 전류를 독립적으로 차단하기 위해 MOSFET 두 개를 back-to-back 구조로 사용하는 경우가 많습니다.

이 구조는 MOSFET 내부의 body diode 방향을 이용해 충전 또는 방전 복귀 경로를 구성합니다.

두 MOSFET이 모두 정상적으로 켜진 경우

정상 상태에서는 충전 전류가 두 MOSFET 채널을 통과하며, 주요 손실은 두 MOSFET의 RDS(on) 합으로 결정됩니다.

한 개의 MOSFET이 완전히 켜지지 않은 경우

다음 문제가 발생할 수 있습니다.

• 한쪽 MOSFET RDS(on) 증가
• body diode를 통한 전류 증가
• 국부적인 전압 강하
• 특정 MOSFET만 과열
• 충전과 방전 시 온도차 발생

충전할 때만 PCM이 뜨거운 경우

충전 방향에서만 발열한다면 다음 항목을 우선 확인합니다.

• 충전 제어 MOSFET 게이트 전압
• 충전 MOSFET 납땜상태
• body diode 방향
• 보호 IC의 충전 제어 출력
• 충전 과전류 검출회로
• 과방전 후 충전 복귀 상태
• 충전기 극성 및 연결조건

방전에서는 정상인데 충전에서만 전압 강하가 큰 경우

동일한 크기의 방전 전류에서는 정상인데 충전할 때 PCM 전압 강하가 크다면 셀 자체보다 충전 방향의 MOSFET과 제어회로를 우선 조사하는 것이 합리적입니다.

다만 제품의 충전 전류와 방전 전류가 다르면 단순 온도비교만으로 결론을 내려서는 안 됩니다.

7. PCM 과전류 보호값과 연속 충전 전류는 왜 다른가?

과전류 보호값은 비정상 상태를 검출하는 임계값입니다.

연속 충전 전류는 PCM이 지정된 주변 온도와 조립조건에서 장시간 견딜 수 있는 실제 사용전류입니다.

두 값은 목적이 다릅니다.

항목	과전류 보호값	연속 충전 전류
목적	이상 상태 차단	정상 상태 운전
지속시간	짧은 검출시간	장시간
주요 기준	보호 IC 임계값	발열·전압 강하·신뢰성
결정 요소	검출전압, 지연시간	MOSFET, PCB, 탭, 외장
동일하게 사용 가능?	아니오	별도 검증 필요

TI의 BQ2970은 외부 전력 FET 양단을 감시해 높은 충전 또는 방전 전류 상태에서 과전류 보호를 동작시킵니다. 이는 이상 전류를 검출하는 보호기능이며, 해당 임계값이 곧 권장 연속 충전 전류를 의미하지는 않습니다.

과전류 보호값만으로 PCM을 선정하면 생기는 문제

예를 들어:

• 셀 최대 충전 전류: 1A
• 제품 충전 전류: 1A
• PCM 충전 과전류 차단값: 3A

라고 가정합니다.

3A 보호값은 1A 정상 충전을 방해하지 않도록 설정된 상한일 수 있습니다. 그러나 PCM이 3A를 장시간 흘려도 낮은 온도를 유지한다는 의미는 아닙니다.

PCM 선정 시에는 최소한 다음 세 값을 분리해야 합니다.

1. 셀 최대 충전 전류
2. PCM 권장 연속 충전 전류
3. PCM 충전 과전류 보호 임계값

8. PCB 패턴과 동박 설계가 PCM 충전 발열에 미치는 영향

초소형 PCM에서는 PCB가 전기 연결뿐 아니라 MOSFET의 주요 방열 경로로 작동합니다.

표면실장 MOSFET은 패키지에서 발생한 열을 PCB 동박으로 전달하고, 동박 면적과 PCB 구조를 통해 열을 분산합니다. Nexperia의 MOSFET 열설계 자료도 표면실장 MOSFET이 PCB와 동박을 열확산 경로로 활용한다고 설명합니다.

PCB에서 발열을 높이는 구조

• MOSFET 패드가 지나치게 작음
• 전류 경로가 좁아지는 neck-down 구간
• 얇은 동박
• 부족한 비아 수
• 비아 직경 또는 도금 부족
• 긴 전류 경로
• MOSFET과 탭 연결부의 좁은 패턴
• 보호 IC 배치를 위해 전력경로를 우회
• 솔더마스크로 인해 열확산이 제한됨
• PCM 크기를 과도하게 축소함

패턴 폭만 넓히면 해결되는가?

항상 그렇지는 않습니다.

PCM의 전기적·열적 성능은 다음 요소를 함께 고려해야 합니다.

• 동박 두께
• 패턴 폭
• 패턴 길이
• MOSFET 패드
• 다층 PCB 구조
• 비아 저항
• 열확산 면적
• PCM과 셀의 접촉
• 외부 절연 구조

PCB가 MOSFET보다 더 뜨거워 보이는 경우

열화상 카메라에서 MOSFET보다 주변 동박이 넓게 뜨거워 보일 수 있습니다.

이는 반드시 PCB가 독립적인 열원이라는 의미는 아닙니다. MOSFET에서 발생한 열이 동박으로 확산된 결과일 수 있습니다.

따라서 다음을 구분해야 합니다.

• MOSFET 접합에서 발생한 열
• PCB 패턴의 자체 I²R 손실
• 셀 탭 또는 납땜부의 국부 발열
• 인접 셀에서 전달된 열

9. 셀 탭·용접·납땜 불량이 PCM 핫스폿을 만드는 이유

PCM 발열은 MOSFET만의 문제가 아닙니다.

다음 연결부의 접촉저항도 국부적인 열을 만들 수 있습니다.

• 셀 알루미늄 또는 니켈 탭
• 니켈 스트립
• 저항 용접부
• 레이저 용접부
• 탭 납땜부
• PCM 패드
• 리드선 납땜부
• 커넥터 압착부

접촉저항이 발열에 미치는 영향

한 연결부의 전압 강하가 80mV이고 충전 전류가 2A라면:

R = ΔV ÷ I

R = 0.08 ÷ 2 = 0.04Ω = 40mΩ

해당 연결부의 손실은:

P = I × ΔV

P = 2 × 0.08 = 0.16W

작은 용접점이나 납땜부에 0.16W가 집중되면 PCM 전체가 아니라 한 지점만 뜨거워질 수 있습니다.

연결부 불량의 대표적인 증상

• 탭 가장자리만 뜨거움
• PCM과 셀 사이의 접합부에 핫스폿 발생
• 제품을 움직이면 온도 또는 전압 강하가 변함
• 특정 생산 로트에서만 발생
• 외관상 납땜은 정상이나 전압 강하가 큼
• 충전 전류가 높을 때만 문제가 나타남

공정 점검 항목

• 용접 에너지
• 용접 압력
• 전극 마모
• 용접점 수와 위치
• 탭 표면 오염
• 납땜 온도와 시간
• 솔더량
• 패드 젖음성
• 기계적 인장력
• 반복 굽힘
• 부식 또는 산화

10. PCM 발열 위치로 원인을 구분하는 방법

가장 뜨거운 위치	주요 의심 원인	우선 확인 항목
MOSFET 패키지	높은 RDS(on), VGS 부족	MOSFET 사양, 게이트 전압
MOSFET 한 개만 발열	한쪽 FET 불완전 턴온	충전·방전 제어 출력
MOSFET 두 개 모두 발열	높은 전류, 전체 경로저항	충전 전류, RPATH
MOSFET 패드 주변	동박·열확산 영향	패드와 PCB 열경로
셀 탭 연결부	용접·납땜 저항	ΔV, 접합상태
리드선 납땜부	납땜 불량, 선경 부족	납땜과 AWG
PCM 전체	열확산 부족, 밀폐 구조	절연재, 외장
셀과 PCM 모두	셀 DCIR, 높은 C-rate	셀과 충전 조건
충전 IC만 발열	충전회로 손실	VIN, VBAT, ICHARGE
커넥터만 발열	접촉저항	단자·압착·체결

충전기, 충전 IC, PCM과 배터리 셀의 발열을 시스템 단위로 구분하는 방법은 충전기 발열과 리튬 배터리 시스템 점검 가이드에서 확인할 수 있습니다.

11. PCM 전압 강하로 경로저항과 발열을 측정하는 방법

PCM 발열 분석에서 가장 유용한 측정값 중 하나는 PCM 양단의 전압 강하입니다.

기본 측정

충전 중 다음 두 지점의 전압을 측정합니다.

• PCM 셀 측 입력단
• PCM 팩 측 출력단

PCM 양단 전압 강하가 ΔV이고 충전 전류가 I라면:

RPATH = ΔV ÷ I

PPCM = I × ΔV

계산 예시

• 충전 전류: 2A
• PCM 양단 전압 강하: 120mV

등가저항:

RPATH = 0.12 ÷ 2 = 0.06Ω = 60mΩ

PCM 손실:

PPCM = 2 × 0.12 = 0.24W

정상품과 발열품 비교

측정 항목	정상 PCM	발열 PCM
충전 전류	동일 조건	동일 조건
PCM 전압 강하	측정	측정
계산 RPATH	비교	비교
최고온도	비교	비교
핫스폿 위치	기록	기록

발열품의 전압 강하가 크다면 전류 경로저항이 증가했을 가능성이 높습니다.

발열은 크지만 전압 강하가 유사하다면 다음 항목을 확인합니다.

• PCB 방열조건
• 절연테이프
• 셀에서 전달된 열
• 외부 충전 IC 열
• 온도 측정 위치
• MOSFET 패키지 열저항

밀리볼트 측정 시 주의사항

PCM 전압 강하는 작은 값이므로 다음 오류를 줄여야 합니다.

• 프로브 접촉저항
• 측정선 위치 차이
• 전류 변동
• 충전기의 리플
• 온도 변화
• GND 기준점 오류

가능하면 전류가 흐르는 경로와 전압 측정선을 분리하는 Kelvin 방식에 가까운 측정구조를 사용합니다.

12. PCM MOSFET 게이트·드레인·소스 전압을 점검하는 방법

PCM이 충전 중 뜨거워지면 MOSFET의 단자 전압을 확인해야 합니다.

확인할 전압

• Gate-to-Source Voltage, VGS
• Drain-to-Source Voltage, VDS
• 보호 IC 충전 제어 출력
• 보호 IC 방전 제어 출력
• PCM 입력 및 출력 전압

정상 상태에서 확인할 것

• 두 MOSFET이 완전히 켜져 있는가?
• VGS가 데이터시트의 낮은 RDS(on) 조건을 만족하는가?
• 특정 MOSFET의 VDS만 큰가?
• 충전 중 제어 출력이 불안정하게 반복되는가?
• 온도가 상승하면서 VDS가 증가하는가?

MOSFET 한 개의 VDS가 큰 경우

다음 가능성이 있습니다.

• 해당 MOSFET RDS(on) 증가
• VGS 부족
• 납땜 불량
• 부품 손상
• 잘못된 대체품
• 보호 IC 출력 이상

충전 제어 출력이 반복적으로 ON/OFF 되는 경우

다음 항목을 확인합니다.

• 충전 과전류 임계값
• 과충전 검출
• NTC 온도 제어
• 충전기 출력 불안정
• 커넥터 접촉 불량
• 셀 전압 리플
• 보호 복귀조건

13. NTC가 있어도 PCM 발열을 직접 막지 못하는 이유

NTC는 배터리 온도를 감지하는 센서입니다.

NTC 자체는 다음 기능을 수행하지 않습니다.

• MOSFET RDS(on) 감소
• PCB 방열 개선
• 충전 전류 직접 제한
• PCM 냉각
• 접촉저항 제거

충전 IC 또는 MCU가 NTC 신호를 읽고 전류를 낮추거나 충전을 중단해야 실제 온도 제어가 이루어집니다.

일반적인 단순 PCM은 과충전, 과방전과 과전류를 감시하지만 모든 PCM이 NTC를 직접 읽는 것은 아닙니다.

PCM 온도와 셀 온도는 다를 수 있다

NTC가 셀 표면에 부착되어 있다면 PCM MOSFET의 국부온도를 정확하게 감지하지 못할 수 있습니다.

반대로 NTC가 PCM 가까이에 있으면 셀 온도보다 PCM 온도를 먼저 감지할 수 있습니다.

따라서 고전류 제품에서는 다음 질문이 필요합니다.

• NTC의 목적은 셀 온도 감지인가?
• PCM 온도 감지인가?
• 충전 IC 열의 영향을 받고 있는가?
• 한 개의 NTC로 전체 배터리 온도를 대표할 수 있는가?

NTC 저항값, B값, 설치 위치와 충전 IC 연동은 배터리 NTC 온도 보호 설계 가이드에서 상세히 설명합니다.

14. PCM 발열이 셀 내부저항 때문에 간접적으로 증가할 수 있는 이유

PCM이 가장 뜨겁다고 해서 PCM만 원인인 것은 아닙니다.

셀 내부저항이 높으면 충전 중 셀 전압이 더 빠르게 상승하고 충전 시간이 달라질 수 있습니다.

또한 셀의 실제 용량이 낮거나 충전 수용성이 나쁘면:

• CC/CV 구간이 달라짐
• 충전 시간이 길어짐
• PCM에 전류가 흐르는 시간이 증가함
• 셀에서 발생한 열이 PCM으로 전달됨

등의 현상이 나타날 수 있습니다.

셀과 PCM을 함께 분석해야 하는 조건

• 셀 전체와 PCM이 함께 뜨거움
• 충전 완료시간이 길어짐
• CV 구간이 비정상적으로 길어짐
• 특정 셀 로트에서만 PCM 온도가 높음
• PCM 전압 강하는 정상인데 온도만 높음
• 오래된 셀에서 문제가 증가함

이 경우 다음 데이터를 같은 시간축에서 기록합니다.

• 셀 전압
• 충전 전류
• 셀 중앙온도
• PCM 온도
• CC 구간
• CV 구간
• 누적 충전용량

15. 양산 후 PCM 충전 발열이 증가하는 이유

개발 샘플에서는 정상인데 양산 후 PCM이 뜨거워진다면 설계값뿐 아니라 변경 이력과 공정 편차를 확인해야 합니다.

MOSFET 대체품

같은 전압과 전류 정격을 가진 MOSFET이라도 다음 항목이 다를 수 있습니다.

• RDS(on)
• 측정 VGS
• 고온 RDS(on)
• 패키지 열저항
• 다이 크기
• 패드 구조
• 최대 허용온도

PCB 공급업체 변경

다음 요소가 바뀔 수 있습니다.

• 동박 두께
• 패턴 에칭폭
• 비아 도금
• PCB 재질
• 표면처리
• 솔더마스크
• 패드 치수

납땜과 용접 편차

• 솔더량
• 리플로우 프로파일
• 수작업 납땜시간
• 탭 용접 에너지
• 전극 마모
• 작업자 차이

절연 및 조립 구조 변경

• 테이프 층수 증가
• 폼 추가
• PCM 위치 이동
• 배터리 외장 축소
• 셀과 PCM 압착 증가

양산 발열은 부품 하나보다 셀, PCM, NTC, 커넥터와 조립공정의 편차가 결합해 나타날 수 있습니다. 샘플과 양산품의 차이를 체계적으로 분석하는 방법은 샘플과 양산 배터리의 충전 발열 차이에서 확인할 수 있습니다.

16. PCM 충전 발열을 진단하는 8단계 엔지니어링 절차

17. PCM 보호회로 발열을 줄이는 설계 방법

1. 실제 충전 전류에 맞는 MOSFET을 선택한다

확인 항목:

• 실제 VGS 조건의 RDS(on)
• Maximum RDS(on)
• 고온 RDS(on)
• 패키지 열저항
• PCB 장착조건

2. 충전과 방전 MOSFET의 총 저항을 계산한다

한 개의 MOSFET만 계산하지 말고 back-to-back 구조의 총 경로저항을 계산합니다.

3. PCB 전류 경로를 짧고 넓게 설계한다

• MOSFET 패드 확대
• neck-down 최소화
• 충분한 동박
• 비아 병렬 배치
• 셀 탭과 MOSFET 거리 단축

4. 용접·납땜 연결부를 CTQ로 관리한다

• 접합부 전압 강하
• 용접강도
• 납땜상태
• 패드 젖음성
• 단면 또는 X-ray 검사

5. PCM의 연속전류와 보호값을 분리한다

다음을 별도로 명시합니다.

• 권장 연속 충전 전류
• 권장 연속 방전 전류
• 충전 과전류 차단값
• 방전 과전류 차단값
• 단락 조건

6. 완제품 상태에서 열시험을 수행한다

개방된 PCM 보드 시험만으로 승인하지 않습니다. 다음 조건을 포함해야 합니다.

• 절연테이프 적용
• 셀 부착
• 완제품 외장 조립
• 최대 주변 온도
• 충전 중 시스템 부하

7. 양산 대체품은 열성능까지 재검증한다

전압·전류 숫자가 같더라도 MOSFET, PCB와 연결부의 손실이 달라질 수 있습니다.

18. PCM 발열 시험을 즉시 중단해야 하는 이상 신호

다음 현상이 나타나면 시험을 중단하고 원인을 조사해야 합니다.

• PCM 또는 절연테이프 변색
• 타는 냄새
• 납땜부 연화
• 커넥터 변형
• 셀 팽창
• 충전 연결과 차단 반복
• MOSFET 한 점의 급격한 온도 상승
• PCM 출력전압 불안정
• 충전 전류의 비정상적인 진동
• 셀 전압이 허용범위를 초과
• 외부전원을 제거한 후에도 온도 상승 지속

PCM 발열과 셀 이상이 동시에 발생하면 해당 배터리를 정상 시험에 다시 사용하지 않는 것이 좋습니다.

19. 배터리 제조사에 PCM 발열 검토를 요청할 때 필요한 정보

배터리 셀 정보

• 셀 모델
• 정격용량
• 실제 용량
• 표준·최대 충전 전류
• 셀 내부저항
• 충전 온도
• 셀 로트

PCM 정보

• 보호 IC 모델
• MOSFET 부품번호
• MOSFET RDS(on)
• PCB 두께
• 동박 두께
• PCM 크기
• 연속 충전 전류
• 충전 과전류 보호값
• 보호 지연시간

시험정보

• 실제 충전 전류
• 충전 전압
• PCM 양단 전압 강하
• PCM 최고온도
• 셀 최고온도
• 주변 온도
• 핫스폿 위치
• 충전 지속시간

제품 구조정보

• PCM 부착 위치
• 절연테이프 구조
• 외장 밀폐 여부
• 충전 IC와의 거리
• 인접 열원
• 폼과 접착재

변경 이력

• MOSFET 변경
• 보호 IC 변경
• PCB 공급업체 변경
• 동박 변경
• 용접조건 변경
• 셀 로트 변경
• 조립구조 변경

이 정보가 있으면 셀, MOSFET, PCB, 연결부 또는 완제품 구조 중 어느 부분을 우선 수정해야 하는지 더 빠르게 판단할 수 있습니다.

20. PCM 보호회로 발열 FAQs