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锂电池保护板的基础知识普及

发布时间:2017-05-25 浏?#26469;?#25968;:
****章 保护板的构成和主要作用
一、保护板的构成
      锂电池(可充型)之所以需要保护,是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料
决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电,因此锂电池锂电组件总会跟着
一块精致的保护板和一片电流保险器出现。锂电池的保护功能通常由保护电路板和PTC协
同完成,保护板是由电子电路组成,在-40℃至+85℃的环境下时刻****的监视电芯的电压
和充放回路的电流,即时控制电流回路的通断;PTC在高温环境?#36335;?#27490;电池发生恶劣的损
坏。
保护板构成图
      保护板通常包括控制IC、MOS开关、电阻、电容及辅助器件NTC、ID存储器等。其中控制IC
,在一切正常的情况下控制MOS开关导通,使电芯与外电路沟通,而当电芯电压或回路电流超过
规定值?#20445;?#23427;立刻(数十毫秒)控制MOS开关关断,保护电芯的安全。NTC是Negative temperature
 coefficient的缩写,意即负温度系数,在环境温度升高?#20445;?#20854;阻?#21040;?#20302;,使用电设备或充电设备及
时反应、控制内部中断而停止充放电。ID 存储器常为单线接口存储器,ID是Identification 的缩写即
身份识别的意思,存储电池种类、生产日期等信息。可起到产品的可追溯和应用的限制。
锂电池保护板元器件指示图
 
二、保护板的主要作用
      一般要求在-25℃~85℃时Control(IC)检测控制电芯电压与充放电回路的工作电流、电压,在
一切正常情况下C-MOS开关管导通,使电芯与保护电路板处于正常工作状态,而当电芯电压或回路
中的工作电流超过控制IC中比较电路预设值?#20445;?#22312;15~30ms内(不同控制IC与C-MOS有不同的响应
时间),将CMOS关断,即关闭电芯放电或充电回路,以保证使用者与电芯的安全。
       
                                第二章 保护板的工作原理
 
保护板的工作原理图:
锂电池保护板工作原理图
如图中,IC由电芯供电,电压在2v-5v均能保证可靠工作。
1、过充保护及过充保护?#25351;?br />      当电池被充电使电压超过设定值VC(4.25-4.35V,具体过充保护电压取决于IC)后,VD1翻转
使Cout变为低电平,T1截止,充电停止.当电池电压回落至VCR(3.8-4.1V,具体过充保护?#25351;?#30005;
压取决于IC)?#20445;珻out变为高电平,T1导通充电继续, VCR必须小于VC一个定值,以防止频繁跳
变。
2、过放保护及过放保护?#25351;?br />      当电池电压因放电而降低至设定值VD(2.3-2.5V,具体过充保护电压取决于IC)?#20445;?nbsp;VD2翻
转,以短时间延时后,使Dout变为低电平,T2截止,放电停止,当电池被置于充电?#20445;?#20869;部或门
被翻转而使T2再次导通为下次放电作好准备。
3、过流、短路保护
      当电路充放回路电流超过设定值或?#27426;搪肥保?#30701;路检测电路动作,使MOS管关断,电流截止。
 
                            第三章 保护板主要零件的功能介绍
锂电池保护板指示图
        R1:基准供电电阻;与IC内部电阻构成分压电路,控制内部过充、过放电压比较器的电平
翻转;一般在阻值为330Ω、470Ω比较多?#22351;?#23553;装形式(即用标准元件的长和宽来表示元件大小
,如0402封装标识此元件的长和宽分别为1.0mm和0.5mm)?#27927;笫保?#20250;用数字标识其阻值,如
贴片电阻上数字标识473, 即表示其阻值为47000Ω即47KΩ(第三位数表示在前两位后面加0的
位数)。R2:过流、短路检测电阻;通过检测VM端电压控制保护板的电流 ,焊接不良、损坏会
造成电池过流 、短路无保护,一般阻值为1KΩ、2KΩ较多。R3:ID识别电阻或NTC电阻(前面有
介绍)或两者都有。总结:电阻在保护板中为黑色贴片,用万用表可测其阻值,当封装?#27927;?#26102;其
阻值会用数字表示,表示方法如上所述,当然电阻阻值一般都有偏差,每个电阻都有精度规格,
如10KΩ电阻规格为+/-5%精度则其阻值为9.5KΩ -10.5KΩ范围内都为合格。C1、C2:由于电
容两端电压不能突变,起?#24067;?#31283;压和?#30636;?#20316;用。
总结:电容在保护板中为黄色贴片,封装形式0402较多,也有少数0603封装(1.6mm长,0.8mm
宽);用万用表检测其阻值一般为无穷大或MΩ级别;电容漏电会产生自耗电大,短路无自?#25351;?#29616;
象。FUSE:普通FUSE或PTC(Positive Temperature Coefficient的缩写,意思是正温度系数);
防止不安全大电流和高温放电的发生,其中PTC有自?#25351;?#21151;能。
总结:FUSE在保护板中一般为白色贴片,LITTE公司提供FUSE会在FUSE上标识字符D-T,字符表
示意思为FUSE能承受的额定电流,如表示D额定电流为0.25A,S为4A,T为5A等;现我司所有较
多为额定电流为5A的FUSE,即在本体上标识字符’T’。
U1:控制IC;保护板所有功能都是IC通过监视连接在VDD-VSS间的电压差及VM-VSS间的电压差而
控制C-MOS执行开关动作来实现的。
     Cout:过充控制端;通过MOS管T2栅极电压控制MOS管的开关。
     Dout:过放、过流、短路控制端;通过MOS管T1栅极电压控制MOS管的开关。
       VM:过流、短路保护电压检测端;通过检测VM端的电压实现电路的过流、短路保护
(U(VM)=I*R(MOSFET))。
总结:IC在保护板中一般为6个管脚的封装形式,其区别管脚的方法为:在封装体上标识黑点的附近
为第1管脚,然后逆时针旋转分别为第2、3、4、5、6管脚;如封装体上无黑点标识,则正看封装体
上字符左下为第1管脚,其余管脚逆时针类推)C-MOS:场效应开关管;保护功能的实现者 ;连焊、
虚焊、假焊、击穿时会造成电池无保护、无显示、输出电压低等不良现象。总结:CMOS在保护板中
一般为8个管脚的封装形式,它时由两个MOS管构成,相当于两个开关,分别控制过充保护和过放、
过流、短路保护;其管脚区分方法和IC一样。
 
在保护板正常情况下,Vdd为高电平,Vss、VM为低电平,Dout、Cout为高电平?#22351;盫dd、Vss、VM
任?#25105;?#39033;参数变换?#20445;珼out或Cout的电平将发生变化,此时MOSFET执行相应的动作(开、关电路)
,从而实现电路的保护和?#25351;?#21151;能。
 
                               第四章 保护板主要性能测试方法
1.NTC电阻测试:
用万用表直接测量NTC电阻值,再与《温度变化与NTC阻值对照指导?#33539;?#27604;。
2.识别电阻测试:
用万用表直接测量识别电阻值,再与《保护板重要项目管理表?#33539;?#27604;。
3.自耗电测试:
调恒流源为3.7V/500mA;万用表设置为uA档,表笔插入uA接孔,然后与恒流源串联起来接保护板
B+、B-如下图所示:此时万用表的读数?#27425;?#20445;护板的自耗电,如无读数用镊子或锡线短接B-、P-,
激活电路。
保护板指示图2
4.短路保护测试:
电芯接到保护板B+、B-上,用镊子或锡线短接B-、P-,再短接P+、P-?#27426;?#36335;后用万用表测保护板开
路电压(如下图所示)?#29615;?#22797;短接3-5次,此时万用表读数应与电芯一致,保护板应无冒烟、爆裂等
现象。
锂电池保护板连?#27833;? src=
如上图所示接好电路,按照重要项目管理表设置好锂易安数据,再按自动按钮,接好后按红表笔上
的按钮进行测试。此时锂易安测试仪的灯应逐次点亮,表示性能OK。按显示键检查测试数据:‘Chg’
表示过充保护电压;‘Dis’表过放保护电压;‘Ocur’表示过流保护电流。
 第五章 保护板常见不良分析
一、 无显示、输出电压低、带不起负载:
此类不良首先排除电芯不良(电芯本来无电压或电压低),如果电芯不良则应测试保护板的自耗电
,看是否是保护板自耗电过大导致电芯电压低。如果电芯电压正常,则是由于保护板整个回路不通
(元器件虚焊、假焊、FUSE不良、PCB板内部电路不通、过孔不通、MOS、IC损坏等)。具体分析
步骤如下:
(一)、用万用表黑表笔接电芯负极,红表笔?#26469;?#25509;FUSE、R1电阻两端,IC的Vdd、Dout、Cout
端,P+端(假设电芯电压为3.8V),逐段进行分析,此几个测试点都应为3.8V。若不是,则此段
电路有问题。
1. FUSE两端电压有变化:测试FUSE是否导通,若导通则是PCB板内部电路不通;若不导通则FUSE
有问题(来料不良、过流损坏(MOS或IC控制失效)、材质有问题(在MOS或IC动作之前FUSE被烧
坏),然后用导线短接FUSE,继续往后分析。
2. R1电阻两端电压有变化:测试R1电阻值,若电阻值异常,则可能是虚焊,电阻本身断裂。若电阻
值无异常,则可能是IC内部电阻出现问题。
3. IC测试端电压有变化:Vdd端与R1电阻相连。Dout、Cout端异常,则是由于IC虚焊或损坏。
4. 若前面电压都无变化,测试B-到P+间的电压异常,则是由于保护板正极过孔不通。
(二)、万用表红表笔接电芯正极,激活MOS管后,黑表笔?#26469;?#25509;MOS管2、3脚,6、7脚,P-端。
1.MOS管2、3脚,6、7脚电压有变化,则表示MOS管异常。
2.若MOS管电压无变化,P-端电压异常,则是由于保护板负极过孔不通。
二、 短路无保护:
1. VM端电阻出现问题:可用万用表一表笔接IC2脚,一表笔接与VM端电阻相连的MOS管管脚,?#21857;?br /> 其电阻值大小。看电阻与IC、MOS管脚有无虚焊。
2. IC、MOS异常:由于过放保护与过流、短路保护共用一个MOS管,若短路异常是由于MOS出现问
题,则
此板应无过放保护功能。
3. 以上为正常状况下的不良,?#37096;?#33021;出现IC与MOS配置不?#23478;?#36215;的短路异常。如前期出现的BK-901
,其型号为‘312D’的IC内延迟时间过长,导致在IC作出相应动作控制之前MOS或其它元器件已被损坏。
注:其中确定IC或MOS是否发生异常最简易、直接的方法就是对有怀疑的元器件进行更换。
 
三、 短路保护无自?#25351;矗?br /> 1. 设计时所用IC本来没有自?#25351;?#21151;能,如G2J,G2Z等。
2. 仪器设置短路?#25351;?#26102;间过短,或短路测试时未将负载移开,如用万用表电压档进行短路表?#35782;?#25509;后
未将表笔从测试端移开(万用表相当于一个几兆的负载)。
3. P+、P-间漏电,如焊盘之间存在带杂质的?#19978;悖?#24102;杂质的?#24179;?#25110;P+、P-间电容被击穿,IC Vdd到Vs
s间被击穿.(阻值只有几K到几百K).
4. 如果以上都没问题,可能IC被击穿,可测试IC各管脚之间阻值。
四、 内阻大:
1. 由于MOS内阻相对比较稳定,出现内阻大情况,首?#28982;?#30097;的应该是FUSE或PTC这些内阻相对比较容
易发生变化的元器件。
2. 如果FUSE或PTC阻值正常,则视保护板结构检测P+、P-焊盘与元器件面之间的过孔阻值,可能过孔
出现微断现象,阻?#21040;洗蟆?br /> 3. 如果以上多没有问题,就要怀疑MOS是否出现异常:首?#28909;?#23450;焊接有没有问题;其次看板的厚度(
是否容易弯折),因为弯折时可能导致管脚焊接处异常;再将MOS管放到显微镜下观测是否破裂;最
后用万用表测试MOS管脚阻值,看是否被击穿。
五、 ID异常:
1. ID电阻本身由于虚焊、断裂或因电阻材质不过关而出现异常:可重新焊接电阻两端,若重?#36127;驣D正
常则是电阻虚焊,若断?#35328;?#30005;阻会在重?#36127;?#20174;中裂开。
2. ID过孔不导通:可用万用表测试过孔两端。
3. 内部线路出现问题:可刮开阻焊漆看内部电路有无断开、短路现象。
 
 
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