最新鋰電池保護(hù)板基本知識(shí)

1、 鋰電池(可充型)之所以需要保護(hù)，是由它本身特性決定的。由于鋰電池本身的材料決定了它不能被過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路及超高溫充放電，因此鋰電池鋰電組件總會(huì)跟著一塊精致的保護(hù)板和一片電流保險(xiǎn)器出現(xiàn)。 鋰電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC等電流器件協(xié)同完成，保護(hù)板是由電子電路組成，在-40至+85的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流，及時(shí)控制電流回路的通斷；PTC在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。保護(hù)板電芯PTCNTC 保護(hù)板通常包括控制IC、MOS開(kāi)關(guān)、電阻、電容及輔助器件FUSE、PTC、NTC、ID、存儲(chǔ)器等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路導(dǎo)

2、通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，它立刻控制MOS開(kāi)關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。MOS管電阻PCB保護(hù)IC電容保護(hù)板元器件簡(jiǎn)介 1、電阻：起限流、采樣作用； 2、電容：對(duì)直流電而言電阻值“，對(duì)交流電而言阻值接近零，電容兩端電壓 不能突變，能起瞬間穩(wěn)壓作用，濾波作用； 3、FUSE：熔斷保險(xiǎn)絲，起過(guò)流保護(hù)作用； 4、PTC： PTC是Positive temperature coefficient的縮寫(xiě)，意即正溫度系數(shù)電阻，（溫度越高，阻值越大），可以防止電池高溫放電和不安全的大電流的發(fā)生，即過(guò)流保護(hù)作用。 PTC器件采用高分子材料聚合物，通過(guò)嚴(yán)格的工藝制成，由聚合物樹(shù)酯基體及分布在里面的導(dǎo)電

3、粒子組成，在正常情況下，導(dǎo)電粒子在樹(shù)酯中構(gòu)成導(dǎo)電通路，器件表現(xiàn)為低 阻抗，電路中有過(guò)流發(fā)生時(shí)，流經(jīng)PTC的大電流產(chǎn)生的熱量使聚合物樹(shù)酯基體體積臌脹，因而切斷導(dǎo)電粒子間的連接，從而對(duì)電路的過(guò)流起保護(hù)作用。當(dāng)故障解除后，方可自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)，保證電路正常工作。 通路斷路受熱基體膨脹故障解除基體恢復(fù)初始狀態(tài) 5、NTC是Negative temperature coefficient的縮寫(xiě)，意即負(fù)溫度系數(shù)，在環(huán)境溫度升高時(shí)，其阻值降低，使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時(shí)反應(yīng)、控制內(nèi)部中斷而停止充放電。 6、ID是Identification 的縮寫(xiě)，即身份識(shí)別的意思它分為兩種：一是存儲(chǔ)器，常為單線接口存儲(chǔ)器

4、，存儲(chǔ)電池種類、生產(chǎn)日期等信息；二是識(shí)別電阻。兩者可起到產(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制。 7、IC： 特點(diǎn)： 內(nèi)藏高精度電壓檢出電路； A 、過(guò)充電檢出電壓（3.9V4.4V），一般來(lái)說(shuō)，IC 型號(hào)不同，過(guò)充電檢出電壓也不一樣，就我司現(xiàn)在使用的IC而言，過(guò)充電檢出電壓在4.2V4.4V； B、 過(guò)放電檢出電壓（2.0V3.0V），一般來(lái)說(shuō)，IC型號(hào)不同，過(guò)放電檢出電壓也不一樣，就我司現(xiàn)在使用的IC而言，過(guò)放電檢出電壓在2.6V2.8V； 連接充電器的端子采用高耐壓裝置； 各種延遲時(shí)間由內(nèi)載電路來(lái)實(shí)現(xiàn)（過(guò)放、過(guò)充電，過(guò)電流延遲）； 內(nèi)藏三級(jí)過(guò)電流檢出電路（過(guò)電路1、過(guò)電流2、負(fù)載短路）； 充電器檢出功

5、能、異常充電電流檢出功能； 工作溫度范圍：-40+85。IC的外形結(jié)構(gòu)五腳六腳IC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在保護(hù)板正常的情況下，Vdd為高電平，Vss,VM為低電平，DO、CO為高電平，當(dāng)Vdd,Vss,VM任何一項(xiàng)參數(shù)變換時(shí)，DO或CO端的電平將發(fā)生變化。 關(guān)于IC幾種狀態(tài)的概念（通常狀態(tài)下CO、DO為高電平，電池能充放電） 1、過(guò)充電檢出電壓：在通常狀態(tài)下，Vdd逐漸提升至CO端由高電平 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VDD-VSS間電壓。 2、過(guò)充電解除電壓：在充電狀態(tài)下，Vdd逐漸降低至CO端由低電平 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)VDD-VSS間電壓。3、過(guò)放電檢出電壓：通常狀態(tài)下，Vdd逐漸降低至D O端由高電平 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VD

6、D- VSS間電壓。 4、過(guò)放電解除電壓：在過(guò)放電狀態(tài)下，Vdd逐漸上升到DO端由低電平 變?yōu)楦唠娖綍r(shí) VDD-VSS間電壓 。5、過(guò)電流1檢出電壓：在通常狀態(tài)下，VM逐漸升至DO由高電平 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VM-VSS間電壓。 6、過(guò)電流2檢出電壓：在通常狀態(tài)下，VM從OV起以1ms以上4ms以下的速度升到 DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VM-VSS間電壓。7、負(fù)載短路檢出電壓：在通常狀態(tài)下，VM以O(shè)V起以1S以上50S以下的速度升至DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VM-VSS間電壓。 8、充電器檢出電壓：在過(guò)放電狀態(tài)下，VM以O(shè)V逐漸下降至DO由低電平變?yōu)樽優(yōu)楦唠娖綍r(shí)VM-VSS間電壓。 9、通常工作時(shí)消

7、耗電流：在通常狀態(tài)下，流以VDD端子的電流（IDD）即為通常工作時(shí)消耗電流。 10、過(guò)放電消耗電流：在放電狀態(tài)下，流經(jīng)VDD端子的電流（IDD）即為過(guò)流放電消耗電流。記號(hào)部件推薦值minmaxR1阻抗4703001.3KC1電容0.1F0.01F1.0FR2阻抗1K3001.3K保護(hù)板IC外置部件要求(以S81241為例)：1、在R1處加載比R2小的阻抗的場(chǎng)合，由于充電器連接電流從充電器流向IC，VDD-VSS間電壓有超過(guò)最大額定值的情況，故R1一般小于R2。 2、如果C1上加載少于0.01F的電容，對(duì)負(fù)載短路檢出，充電器的連接，過(guò)電流1和過(guò)電流2來(lái)說(shuō)，DO有可能發(fā)生振蕩。3、若R2設(shè)定電阻小

8、于300，則在充電時(shí)，充電電流有可能超過(guò)IC容許功耗而 損壞IC，如果R2超過(guò)1.3K時(shí)，則高電壓充電器充電時(shí)，有不能切斷充電電源的情況。MOS管 21438765876543211MOS管外型結(jié)構(gòu) 2345678圖一圖二圖三 在圖一中，MOS管腳1、8通過(guò)MOS管內(nèi)部線路或保護(hù)板上線路連在一起；腳2和腳3，腳6 和腳7 通過(guò)內(nèi)部連在一起；在圖二中，MOS管腳D1、D2通過(guò)MOS管內(nèi)部線路連在一起；在圖三中，MOS管腳1、2、3通過(guò)內(nèi)部線路連在一起，MOS管腳5、6、7、8通過(guò)內(nèi)部線路連在一起。IC、MOS管管腳的命名規(guī)則21438765一般來(lái)說(shuō)，雙列式電子元器件的管腳命名都遵從逆時(shí)針命名規(guī)則

9、，IC、MOS管也不例外。這一般包含兩種類型：1、如元器件上有小圓凹點(diǎn)則凹點(diǎn)所對(duì)管腳為1腳，其余的按逆時(shí)針排列（圖一）；2、如沒(méi)凹點(diǎn)，但有文字（通常為元件型號(hào)），則將元件擺放至正常的文字讀寫(xiě)狀態(tài)，（圖2）文字下方左側(cè)的第一個(gè)管腳為1腳，其余按逆時(shí)針排列。G2N圖一圖二1、導(dǎo)通電阻：定義：當(dāng)充電電流為500mA時(shí)，MOS管的導(dǎo)通阻抗。 由于通訊設(shè)備的工作頻率較高，數(shù)據(jù)傳輸要求誤碼率低，其脈沖串的上升及下降沿陡，故對(duì)電池的電流輸出能力和電壓穩(wěn)定度要求高，因此保護(hù)板的MOS管開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)電阻要小，單節(jié)電芯保護(hù)板通常在70m，如太大會(huì)導(dǎo)致通訊設(shè)備工作不正常，如手機(jī)在通話時(shí)突然斷線、電話接不通、噪聲等現(xiàn)象

10、。2、自耗電流 定義：IC工作電壓為3.6V，空載狀態(tài)下，流經(jīng)保護(hù)IC的工 作電流，一般極小. 保護(hù)板的自耗電流直接影響電池的待機(jī)時(shí)間，通常規(guī)定保護(hù)板的自耗電流小于10微安.3、電流能力 保護(hù)板作為鋰電芯的安全保護(hù)器件,既要在設(shè)備的正常工作電流范圍內(nèi),能可靠工作,又要在當(dāng)電池被意外短路或過(guò)流時(shí)能迅速動(dòng)作,使電芯得到保護(hù).4、機(jī)械性能、溫度適應(yīng)能力、抗靜電能力 保護(hù)板必須能通過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的震動(dòng)，沖擊試驗(yàn)；保護(hù)板在 -40到85能安全工作,能經(jīng)受15KV的非接觸ESD靜電測(cè)試.普通保護(hù)板原理圖（典型）VDDVSSDOCOVMDPUR1C1R2R412345612345678MB+B-P+P-IDR3

11、NTC2C3FB+P+IC過(guò)放控制過(guò)充控制+-充電FUSE電芯MOS管123123-+-+-+電平轉(zhuǎn) 換短 路檢測(cè)延 時(shí)123456VD1VD2VD3VddCtVssDoutCoutV-SDGSDGLi-ion電 池 芯電池組件 負(fù) 極電池組件 正 極T1T2如圖中，IC由電芯供電，電壓在1.5v10v均能保證可靠工作。1、通常狀態(tài)：電池電壓在過(guò)放電檢出電壓以上（2.75V以上），過(guò)充電檢出電壓以下（4.3V以下），VM端子的電壓在充電器檢出電壓以上，在過(guò)電流/檢出電壓以下（OV）的情況下，IC通過(guò)監(jiān)視連接在VDD-VSS間的電壓差及VM-VSS間的電壓差而控制MOS管，DO、CO端都為高電平

12、，MOS管處導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)可以自由的充電和放電；當(dāng)電池被充電使電壓超過(guò)設(shè)定值VC(4.25-4.35V)后，VD1翻轉(zhuǎn)使Cout變?yōu)榈碗娖?，T1截止，充電停止，當(dāng)電池電壓回落至VCR(3.8-4.1V)時(shí)，Cout變?yōu)楦唠娖剑琓1導(dǎo)通充電繼續(xù)， VCR小于VC一個(gè)定值，以防止電流頻繁跳變。123123-+-+-+電平轉(zhuǎn) 換短 路檢測(cè)延 時(shí)123456VD1VD2VD3VddCtVssDoutCoutV-SDGSDGLi-ion電 池芯電池組件 負(fù) 極電池組件 正 極T1T22、過(guò)充保護(hù)IC電量過(guò)放控制過(guò)充控制+-充電IC電量過(guò)放控制過(guò)充控制+-充電IC電量過(guò)放控制過(guò)充控制+-充電4.25-4.

13、35V3.8-4.1V 當(dāng)電池電壓因放電而降低至設(shè)定值VD（2.3-2.5V）時(shí)， VD2翻轉(zhuǎn)，以IC內(nèi)部固定的短時(shí)間延時(shí)后，使Dout變?yōu)榈碗娖剑琓2截止，放電停止。123123-+-+-+電平轉(zhuǎn) 換短 路檢測(cè)延 時(shí)123456VD1VD2VD3VddCtVssDoutCoutV-SDGSDGLi-ion電 池 芯電池組件 負(fù) 極電池組件 正 極T1T23、過(guò)放保護(hù)電量過(guò)放控制-IC+放電LOAD電量放電IC+LOAD電壓-放電2.3-2.5VIC+LOAD123123-+-+-+電平轉(zhuǎn) 換短 路檢測(cè)延 時(shí)123456VD1VD2VD3VddCtVssDoutCoutV-SDGSDGLi-i

14、on電 池芯電池組件 負(fù) 極電池組件 正 極T1T24、過(guò)流、短路保護(hù) 當(dāng)電路放電電流超過(guò)設(shè)定值或輸出被短路時(shí)，過(guò)流、短路檢測(cè)電路動(dòng)作，使MOS管（T2）關(guān)斷，電流截止。IC電流門(mén)限-放電IC過(guò)放控制過(guò)放控制+-放電電流門(mén)限1、原理框圖同單節(jié)電芯一樣，在多節(jié)電芯保護(hù)電路中，保護(hù)板同樣必須能對(duì)電芯提供過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路等保護(hù)。IC過(guò)放控制過(guò)充控制-n節(jié)電芯+雙節(jié)電芯保護(hù)板原理圖B MB +B -F1R 429007R 11kR 21kR 31kC 10.1uFC 20.1uFC 40.01uFR 54.7MR 41kP-P+P-SENS1DO2CO3V M4V SS5IC T6V C7V C

15、 C8U 1S-8232AD rain11Source12Source13G ate14G ate25Source26Source27D rain28U 2FT B 2017A1、無(wú)顯示（無(wú)電壓、充不進(jìn)電、空載電壓低）：當(dāng)發(fā)現(xiàn)有電池?zé)o顯示時(shí)，可采取以下步驟進(jìn)行分析（工具：萬(wàn)用表）： 先用萬(wàn)用表測(cè)電芯正負(fù)極電壓，如時(shí)電芯電壓正常，則保護(hù)板有問(wèn)題，進(jìn)入步驟B；如果電芯無(wú)電壓或電壓低，則可測(cè)保護(hù)板靜態(tài)電流（自耗電），其電流小于10A，則電芯有問(wèn)題，若電流大于10A，則為保護(hù)板靜態(tài)電流過(guò)大，保護(hù)板來(lái)料不良。 若是保護(hù)板有問(wèn)題，則可用萬(wàn)用表黑表筆始終接觸電芯負(fù)極，紅表筆儀次沿 FUSE 兩端、471電阻

16、兩端、IC的VDD端、DO端、CO端測(cè)電壓，若保護(hù)板是良好的，假設(shè)電芯電壓為3.8V，則這幾處的電壓值也應(yīng)為3.8V，如若這幾處電壓有不為3.8V的，可用以下方法查找原因： A、FUSE兩端電壓有變化，可用萬(wàn)用表導(dǎo)通檔測(cè)FUSE是否導(dǎo)通，若不通則為FUSE斷；或者用導(dǎo)線把FUSE短接，再測(cè)五金（導(dǎo)線）P+、P-間有無(wú)電壓，如有則為FUSE斷，然后可用萬(wàn)且用表20A檔測(cè)電池有無(wú)短路保護(hù)，如有短路保護(hù)則FUSE可能為來(lái)料不良，有可能為操作時(shí)損壞；如無(wú)短路保護(hù)，則應(yīng)為MOS管放電控制端出現(xiàn)問(wèn)題或IC的VM端出現(xiàn)問(wèn)題，具體分析方法見(jiàn)無(wú)保護(hù)的分析方法。B、若為471電阻兩端電壓有變化，可采取以下方法分析

17、：先用萬(wàn)用表檔測(cè)471電阻是否正常，若電阻不正常則可用烙鐵焊電阻兩端，如電阻為虛焊則應(yīng)可恢復(fù)到正常阻值，若電阻不恢復(fù)到正常值，則可用烙鐵沾錫并輕撥電阻一端，看電阻是否斷裂，如為斷裂，則應(yīng)追查有何處斷裂。如若電阻即不虛焊，又無(wú)斷裂，則應(yīng)追查來(lái)料有無(wú)問(wèn)題。若電阻阻值正常，則應(yīng)為IC或MOS管出現(xiàn)異常而引起471電阻電壓降低，具體分析方法見(jiàn)“C”。 C、若前面FUSE、471電阻都無(wú)問(wèn)題，則問(wèn)題可能出于IC與MOS管這一對(duì)配合元件上，其中有幾種情況：a、元器件虛焊：可用焊鐵焊MOS管或IC腳，若是元器件虛則應(yīng)可焊好；b、元器件損壞，可用好的元器件替換或測(cè)元器件腳間阻值的方法來(lái)判定。 D、若FUSE、

18、471電阻、IC、MOS管的電壓都無(wú)變化，則可用萬(wàn)用表紅表筆接觸正極不動(dòng)，黑表筆接觸MOS管2、3腳或MOS管5、6腳。若電壓不變，再測(cè)五金P+、P-，若無(wú)電壓，則應(yīng)是保護(hù)板過(guò)孔不通。如要判定為正極過(guò)孔不通還是負(fù)極過(guò)孔不通，則可用萬(wàn)用表表筆一到接電芯一極（B+或B-），另一支接五金另一極（P+或P-）來(lái)判定。2、無(wú)短路保護(hù)：若電池?zé)o短路保護(hù)，則可以從以下幾種情況來(lái)分析： A、VM端電阻出現(xiàn)問(wèn)題，可用萬(wàn)用表一支表筆接觸IC的VM端，另一只表筆接觸與VM端電阻相連的MOS管部分（即P-管腳），確認(rèn)電阻值大小，如果電阻阻值出現(xiàn)問(wèn)題，則可用烙鐵來(lái)判定電阻上虛焊、斷裂，還是來(lái)料的問(wèn)題。 B、MOS管放電

19、控制端不能閉合，要判斷是不是MOS管出現(xiàn)問(wèn)題，最簡(jiǎn)單的方法就是用一個(gè)好保護(hù)板（A）的MOS管來(lái)替換不良保護(hù)板（B）上的MOS管，同時(shí)可把替換下來(lái)的MOS管上到保護(hù)板（A）上。如果兩個(gè)保護(hù)板都為OK的，則應(yīng)是MOS管虛焊，若保護(hù)板（B）為OK的，而保護(hù)板（A）NG，則保護(hù)板（B）上厚MOS管壞，若保護(hù)板（B）為NG的，而保護(hù)板（A）為OK的，則保護(hù)板（B）上原IC有問(wèn)題。另一個(gè)方法就是通過(guò)測(cè)量來(lái)判定，一般在無(wú)電壓時(shí)，好的MOS管腳R14、R24間阻值為10M左右，R21（或R31）間阻值一個(gè)為10M左右，把萬(wàn)用表?yè)Q個(gè)方向，則應(yīng)為幾十左右。 3、放電不良（負(fù)載電壓低）：若電池放電不良則可以從以下幾種情況來(lái)分析： A、電芯負(fù)載電壓低，可用萬(wàn)用表帶5W10負(fù)載直接測(cè)電芯正負(fù)極，確認(rèn)電芯帶負(fù)載電壓能否達(dá)到標(biāo)