保護板原理及測試技術(shù) ppt課件

1、保護板原理及測試技術(shù)1 鋰離子電池特性 由于鋰離子電池的化學(xué)特性，在正常使用過程中，其內(nèi)部進行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng)，但在某些條件下，如對其過充電、過放電和過電流將會導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng)，該副反應(yīng)加劇后會嚴重影響電池的性能與使用壽命，并可能產(chǎn)生大量氣體，使電池內(nèi)部壓力迅速增大后爆炸而導(dǎo)致安全問題，因此所有的鋰離子電池都需要一個保護電路，用于對電池的充、放電狀態(tài)進行有效監(jiān)測，并在某些條件下關(guān)斷充、放電回路以防止對電池發(fā)生損害。 2 保護板的功能 目前鋰電池發(fā)展至今種類很多，主要以電芯的串并聯(lián)方式來設(shè)計保護板的功能，保護板常見的功能有：過充電保護、過放電保護、短路/過流保護、溫度保

2、護、充電電流/電壓控制等功能。為了更好的發(fā)揮二次鋰離子電芯的優(yōu)勢，保護板的功能變得非常重要。3 保護板的主要元件主要元件主要元件主要功能主要功能IC命令的發(fā)出者，當(dāng)IC檢測到過充、過放、過流、短路時會發(fā)出命令，讓MOS關(guān)閉，從而切斷整個回路MOS命令的執(zhí)行者，當(dāng)他接收到IC的命令時，會立刻斷開回路。其材料為半導(dǎo)體材料，因電位的改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。FUSE保險絲，與家用的保險絲工作原理相同，當(dāng)電流過大時，會犧牲自己，保護整個回路。缺點：不可恢復(fù)。PTC一種高分子導(dǎo)體材料，當(dāng)電流、溫度過大時，其自身的電阻劇增，使得回路阻塞；當(dāng)電流、溫度恢復(fù)時，其阻值會下降，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。缺點：內(nèi)阻大。溫控

3、開關(guān)溫控開關(guān)原理同PTC，目的在于檢測某個元器件的溫度，當(dāng)溫度過高時，會切斷回路，起到保護元器件的作用。運算管理電路運算管理電路主要控制電池的充放電電流，可以實現(xiàn)優(yōu)化的充電方式，延長電池的使用壽命，一般多用在多節(jié)電池組。4 保護板的工作原理單節(jié)保護板電氣原理圖：4-1 過充電保護 鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過程，電壓會上升到4.2V（根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V ）,轉(zhuǎn)為恒壓充電，直至電流越來越小。電池在被充電過程中，如果充電器電路失去控制，會使電池電壓超過4.2V后繼續(xù)恒流充電，此時電池電壓仍會繼續(xù)上升，當(dāng)電池電壓被充電至超過4.

4、3V時，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇，會導(dǎo)致電池損壞或出現(xiàn)安全問題。 在帶有保護電路的電池中，當(dāng)控制IC檢測到電池電壓達到4.28V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，其“CO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對電池進行充電，起到過充電保護作用。在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號之間，還有一段延時時間，該延時時間的長短由C3決定，通常設(shè)為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。4-2 過放電保護 電池在對外部負載放電過程中，其電壓會隨著放電過程逐漸降低，當(dāng)電池電壓降至2.5V時，其容量已被完全放光，此時如果讓電池繼續(xù)對負

5、載放電，將造成電池的永久性損壞。在電池放電過程中，當(dāng)控制IC檢測到電池電壓低于2.3V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使電池?zé)o法再對負載進行放電，起到過放電保護作用。在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間的長短由C3決定，通常設(shè)為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。4-3 過電流保護 由于鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2C（C=電池容量/小時），當(dāng)電池超過2C電流放電時，將會導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。 電

6、池在對負載正常放電過程中，放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個MOSFET時，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，會在其兩端產(chǎn)生一個電壓，該電壓值U=I*RDS*2, RDS為單個MOSFET導(dǎo)通阻抗，控制IC上的“V-”腳對該電壓值進行檢測，若負載因某種原因?qū)е庐惓?，使回路電流增大，?dāng)回路電流大到使U0.1V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過電流保護作用。在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間的長短由C3決定，通常為13毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。

7、在上述控制過程中可知，其過電流檢測值大小不僅取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時，對同樣的控制IC，其過電流保護值越小。4-4 短路保護 電池在對負載放電過程中，若回路電流大到使U0.9V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，控制IC則判斷為負載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護作用。短路保護的延時時間極短，通常小于7微秒。其工作原理與過電流保護類似，只是判斷方法不同，保護延時時間也不一樣。4-5 其他保護功能FUSE：當(dāng)保護板的IC、MOS由于靜電或是其他因素而失效，F(xiàn)U

8、SE則起到了至關(guān)重要的作用，在電池短路或者是過流情況下，F(xiàn)USE挺身而出，靠熔斷自己來切斷整個回路，徹底進行保護，但由于進行得太徹底，無法進行自恢復(fù)，從而報廢了整個電池，只有重新更換新的保護板。另外，如果設(shè)計失誤，很可能造成FUSE比IC提前動作，過早的切斷回路。優(yōu)點：內(nèi)阻、體積小 缺點：無法自恢復(fù)；熔斷時間控制難PTC：PTC的主要特性就是可以自恢復(fù)，當(dāng)回路電流過大、溫度過高，其阻值劇增，甚至絕緣。當(dāng)這些異常因素撤銷的時候，自身會自動恢復(fù)，將阻值減小，恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。優(yōu)點：可自行恢復(fù)，減少返修 缺點：內(nèi)阻、體積大 溫度保護：原理同PTC5 保護板的檢測 保護板是電池的核心組成部分，故對保護板的檢測要求是非常嚴格的，隨著電芯的數(shù)量、保護板的功能的不同，檢測的項目也不同。具體檢測方法參見單節(jié)鋰電池保護板檢測標(biāo)準(zhǔn)D.TC.S.0002及兩串保護板檢測通用方法。 在檢測保護板之前，應(yīng)了解該板的技術(shù)規(guī)格、要求以及配套電芯方可進行測試，避免操作失誤帶來的錯誤判定。6 保護板的常見異常現(xiàn)象1、短路時MOS冒煙2、短路后無法帶起負載3、ESD測試后無法帶起負載、功能異常小結(jié) 隨著科技的發(fā)展，手機的體積越做越小，而隨著這種趨勢，對鋰離子電池的保護電路體積的要求也越來越小，在這兩年已出現(xiàn)了將控制IC和MOSFET整合成一顆保護IC的產(chǎn)品，如D