鉅大LARGE | 點擊量：3614次 | 2019年05月08日
鋰電池保護板的工作原理
鋰電池保護板是對串聯(lián)鋰電池組的充放電保護；在充滿電時能保證各單體電池之間的電壓差異小于設定值（一般±20mV），實現(xiàn)電池組各單體電池的均充，有效地改善了串聯(lián)充電方式下的充電效果；同時檢測電池組中各個單體電池的過壓、欠壓、過流、短路、過溫狀態(tài)，保護并延長電池使用壽命；欠壓保護使每一單節(jié)電池在放電使用時避免電池因過放電而損壞。
成品鋰電池組成主要有兩大部分，鋰電池芯和保護板，鋰電池芯主要由正極板、隔膜、負極板、電解液組成；正極板、隔膜、負極板纏繞或層疊，包裝，灌注電解液，封裝后即制成電芯，鋰電池保護板的作用很多人都不知道，鋰電池保護板，顧名思義就是保護鋰電池用的，鋰電池保護板的作用是保護電池不過放、不過充、不過流，還有就是輸出短路保護。
01
保護板的工作原理
1、過充保護及過充保護恢復
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
當電池被充電使電壓超過設定值VC(4.25-4.35V，具體過充保護電壓取決于IC)后，VD1翻轉使Cout變?yōu)榈碗娖?，T1截止，充電停止.當電池電壓回落至VCR(3.8-4.1V，具體過充保護恢復電壓取決于IC)時，Cout變?yōu)楦唠娖?，T1導通充電繼續(xù)，VCR必須小于VC一個定值，以防止頻繁跳變。
2、過放保護及過放保護恢復
當電池電壓因放電而降低至設定值VD（2.3-2.5V，具體過充保護電壓取決于IC）時，VD2翻轉，以短時間延時后，使Dout變?yōu)榈碗娖剑琓2截止，放電停止，當電池被置于充電時，內部或門被翻轉而使T2再次導通為下次放電作好準備。
3、過流、短路保護
當電路充放回路電流超過設定值或被短路時，短路檢測電路動作，使MOS管關斷，電流截止。
03
保護板主要零件的功能介紹
R1：基準供電電阻；與IC內部電阻構成分壓電路，控制內部過充、過放電壓比較器的電平翻轉；一般在阻值為330Ω、470Ω比較多；當封裝形式（即用標準元件的長和寬來表示元件大小，如0402封裝標識此元件的長和寬分別為1.0mm和0.5mm）較大時，會用數(shù)字標識其阻值，如貼片電阻上數(shù)字標識473，即表示其阻值為47000Ω即47KΩ（第三位數(shù)表示在前兩位后面加0的位數(shù)）。
R2：過流、短路檢測電阻；通過檢測VM端電壓控制保護板的電流，焊接不良、損壞會造成電池過流、短路無保護，一般阻值為1KΩ、2KΩ較多。
R3：ID識別電阻或NTC電阻（前面有介紹）或兩者都有。
總結：電阻在保護板中為黑色貼片，用萬用表可測其阻值，當封裝較大時其阻值會用數(shù)字表示，表示方法如上所述，當然電阻阻值一般都有偏差，每個電阻都有精度規(guī)格，如10KΩ電阻規(guī)格為+/－5％精度則其阻值為9.5KΩ－10.5KΩ范圍內都為合格。
C1、C2：由于電容兩端電壓不能突變，起瞬間穩(wěn)壓和濾波作用?？偨Y：電容在保護板中為黃色貼片，封裝形式0402較多，也有少數(shù)0603封裝(1.6mm長,0.8mm寬)；用萬用表檢測其阻值一般為無窮大或MΩ級別；電容漏電會產生自耗電大，短路無自恢復現(xiàn)象。FUSE：普通FUSE或PTC（PositiveTemperatureCoefficient的縮寫，意思是正溫度系數(shù)）；防止不安全大電流和高溫放電的發(fā)生，其中PTC有自恢復功能。
總結：FUSE在保護板中一般為白色貼片，LITTE公司提供FUSE會在FUSE上標識字符D-T，字符表示意思為FUSE能承受的額定電流，如表示D額定電流為0.25A，S為4A，T為5A等。
U1：控制IC；保護板所有功能都是IC通過監(jiān)視連接在VDD-VSS間的電壓差及VM-VSS間的電壓差而控制C-MOS執(zhí)行開關動作來實現(xiàn)的。
Cout：過充控制端；通過MOS管T2柵極電壓控制MOS管的開關。
Dout：過放、過流、短路控制端；通過MOS管T1柵極電壓控制MOS管的開關。
VM：過流、短路保護電壓檢測端；通過檢測VM端的電壓實現(xiàn)電路的過流、短路保護
（U（VM）=I*R（MOSFET））。
總結：IC在保護板中一般為6個管腳的封裝形式，其區(qū)別管腳的方法為：在封裝體上標識黑點的附近為第1管腳，然后逆時針旋轉分別為第2、3、4、5、6管腳；如封裝體上無黑點標識，則正看封裝體上字符左下為第1管腳，其余管腳逆時針類推）C-MOS：場效應開關管；保護功能的實現(xiàn)者；連焊、虛焊、假焊、擊穿時會造成電池無保護、無顯示、輸出電壓低等不良現(xiàn)象。
總結：CMOS在保護板中一般為8個管腳的封裝形式，它時由兩個MOS管構成，相當于兩個開關，分別控制過充保護和過放、過流、短路保護；其管腳區(qū)分方法和IC一樣。
在保護板正常情況下，Vdd為高電平，Vss、VM為低電平，Dout、Cout為高電平；當Vdd、Vss、VM任何一項參數(shù)變換時，Dout或Cout的電平將發(fā)生變化，此時MOSFET執(zhí)行相應的動作（開、關電路），從而實現(xiàn)電路的保護和恢復功能。
04
保護板常見不良分析
一、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。
二、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?？措娮枧cIC、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。
三、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的松香，帶雜質的黃膠或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。
四、內阻大：
1.由于MOS內阻相對比較穩(wěn)定，出現(xiàn)內阻大情況，首先懷疑的應該是FUSE或PTC這些內阻相對比較容易發(fā)生變化的元器件。
2.如果FUSE或PTC阻值正常，則視保護板結構檢測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。
五、ID異常：
1.ID電阻本身由于虛焊、斷裂或因電阻材質不過關而出現(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.內部線路出現(xiàn)問題：可刮開阻焊漆看內部電路有無斷開、短路現(xiàn)象。
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