保護(hù)板基本知識詳解課件

1、關(guān)于保護(hù)板基本知識詳解第1頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四目 錄一、保護(hù)板的由來二、保護(hù)板的組成四、單節(jié)電芯保護(hù)板電路原理及工作過程五、多節(jié)電芯串聯(lián)保護(hù)板電路原理及工作過程三、保護(hù)板的幾項實用指標(biāo)六、一般保護(hù)板不良原因分析方法七、保護(hù)板的檢測及作業(yè)注意事項第2頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四 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充、過放、過流、短路及超高溫充放電，因此鋰電池鋰電組件總會跟著一塊精致的保護(hù)板和一片電流保險器出現(xiàn)。 一、保護(hù)板的由來第3頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37

2、分，星期四 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)境下時刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流，及時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。第4頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四電池構(gòu)造保護(hù)板電芯PTCNTC第5頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四 保護(hù)板通常包括控制IC、MOS開關(guān)、電阻、電容及輔助器件FUSE、PTC、NTC、ID、存儲器等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路導(dǎo)通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時，它立刻控制MO

3、S開關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。二、保護(hù)板的組成第6頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四MOS管電阻PCB保護(hù)IC電容保護(hù)板的外形第7頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四保護(hù)板元器件簡介 1、電阻：起限流、采樣作用； 2、電容：對直流電而言電阻值“，對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：熔斷保險絲，起過流保護(hù)作用； 4、PTC： PTC是Positive temperature coefficient的縮寫，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，即過流保護(hù)

4、作用。 第8頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四 PTC器件采用高分子材料聚合物，通過嚴(yán)格的工藝制成，由聚合物樹酯基體及分布在里面的導(dǎo)電粒子組成，在正常情況下，導(dǎo)電粒子在樹酯中構(gòu)成導(dǎo)電通路，器件表現(xiàn)為低 阻抗，電路中有過流發(fā)生時，流經(jīng)PTC的大電流產(chǎn)生的熱量使聚合物樹酯基體體積臌脹，因而切斷導(dǎo)電粒子間的連接，從而對電路的過流起保護(hù)作用。當(dāng)故障解除后，方可自動恢復(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)第9頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四 5、NTC是Negative temperature coefficient的

5、縮寫，意即負(fù)溫度系數(shù)，在環(huán)境溫度升高時，其阻值降低，使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時反應(yīng)、控制內(nèi)部中斷而停止充放電。 6、ID是Identification 的縮寫，即身份識別的意思它分為兩種：一是存儲器，常為單線接口存儲器，存儲電池種類、生產(chǎn)日期等信息；二是識別電阻。兩者可起到產(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制。第10頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四 7、IC： 特點： 內(nèi)藏高精度電壓檢出電路； A 、過充電檢出電壓（3.9V4.4V），一般來說，IC 型號不同，過充電檢出電壓也不一樣，就我司現(xiàn)在使用的IC而言，過充電檢出電壓在4.2V4.4V； B、 過放電檢出電壓（2.0V3.0V

6、），一般來說，IC型號不同，過放電檢出電壓也不一樣，就我司現(xiàn)在使用的IC而言，過放電檢出電壓在2.6V2.8V； 連接充電器的端子采用高耐壓裝置； 各種延遲時間由內(nèi)載電路來實現(xiàn)（過放、過充電，過電流延遲）； 內(nèi)藏三級過電流檢出電路（過電路1、過電流2、負(fù)載短路）； 充電器檢出功能、異常充電電流檢出功能； 工作溫度范圍：-40+85。第11頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四IC的外形結(jié)構(gòu)五腳六腳IC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第12頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四在保護(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

7、一項參數(shù)變換時，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rVDD-VSS間電壓。 2、過充電解除電壓：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rVDD-VSS間電壓。3、過放電檢出電壓：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rVDD- VSS間電壓。 4、過放電解除電壓：在過放電狀態(tài)下，Vdd逐漸上升到DO端由低電平 變?yōu)楦唠娖綍r VDD-VSS間電壓 。5、過電流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?/p>

8、平時VM-VSS間電壓。 6、過電流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rVM-VSS間電壓。第13頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四7、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rVM-VSS間電壓。 8、充電器檢出電壓：在過放電狀態(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rVM-VSS間電壓。 9、通常工作時消耗電流：在通常狀態(tài)下，流以VDD端子的電流（IDD）即為通常工作時消耗電流。 10、過放電消耗電流：在放電狀態(tài)下，流經(jīng)VDD端子的電流（

9、IDD）即為過流放電消耗電流。第14頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四記號部件推薦值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，對負(fù)載短路檢出，充電器的連接，過電流1和過電流2來說，DO有可能發(fā)生振蕩。3、若R2設(shè)定電阻小于300，則在充電時，充電電流有可能超過IC容許功耗而 損壞IC，如果R2

10、超過1.3K時，則高電壓充電器充電時，有不能切斷充電電源的情況。第15頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四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 通過內(nèi)部連在一起；在圖二中，MOS管腳D1、D2通過MOS管內(nèi)部線路連在一起；在圖三中，MOS管腳1、2、3通過內(nèi)部線路連在一起，MOS管腳5、6、7、8通過內(nèi)部線路連在一起。第16頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四IC、MOS管管腳的命名規(guī)則21438765一般來

11、說，雙列式電子元器件的管腳命名都遵從逆時針命名規(guī)則，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則凹點所對管腳為1腳，其余的按逆時針排列（圖一）；2、如沒凹點，但有文字（通常為元件型號），則將元件擺放至正常的文字讀寫狀態(tài)，（圖2）文字下方左側(cè)的第一個管腳為1腳，其余按逆時針排列。G2N圖一圖二第17頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四三、保護(hù)板的幾項實用指標(biāo)1、導(dǎo)通電阻：定義：當(dāng)充電電流為500mA時，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

12、的MOS管開關(guān)導(dǎo)通時電阻要小，單節(jié)電芯保護(hù)板通常在70m，如太大會導(dǎo)致通訊設(shè)備工作不正常，如手機(jī)在通話時突然斷線、電話接不通、噪聲等現(xiàn)象。第18頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四2、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流時能迅速動作,使電芯得到保護(hù).5、機(jī)械性能、溫度適應(yīng)能力、抗靜電能力 保護(hù)板必須能通過國標(biāo)規(guī)定的震動，沖擊試驗

13、；保護(hù)板在 -40到85能安全工作,能經(jīng)受15KV的非接觸ESD靜電測試.第19頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四普通保護(hù)板原理圖（典型）四、單節(jié)電芯保護(hù)板的電路原理及工作過程B+P+第20頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四IC過放控制過充控制+-充電FUSE電芯MOS管保護(hù)板原理框圖（簡化圖）過放控制第21頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四保護(hù)板工作原理如圖中，IC由電芯供電，電壓在1.5v10v均能保證可靠工作。第22頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四1、通常狀態(tài)：電池電壓在過放電檢出電壓以上（2.75

14、V以上），過充電檢出電壓以下（4.3V以下），VM端子的電壓在充電器檢出電壓以上，在過電流/檢出電壓以下（OV）的情況下，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MOS管，DO、CO端都為高電平，MOS管處導(dǎo)通狀態(tài)，這時可以自由的充電和放電；第23頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四當(dāng)電池被充電使電壓超過設(shè)定值VC(4.25-4.35V)后，VD1翻轉(zhuǎn)使Cout變?yōu)榈碗娖剑琓1截止，充電停止，當(dāng)電池電壓回落至VCR(3.8-4.1V)時，Cout變?yōu)楦唠娖剑琓1導(dǎo)通充電繼續(xù)， VCR小于VC一個定值，以防止電流頻繁跳變。2、過充保護(hù)第24頁，

15、共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四IC電量過放控制過充控制+-充電第25頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四IC電量過放控制過充控制+-充電第26頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四IC電量過放控制過充控制+-充電STOP4.25-4.35V3.8-4.1V此時充電MOS關(guān)第27頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四 當(dāng)電池電壓因放電而降低至設(shè)定值VD（2.3-2.5V）時， VD2翻轉(zhuǎn)，以IC內(nèi)部固定的短時間延時后，使Dout變?yōu)榈碗娖剑琓2截止，放電停止。3、過放保護(hù)第28頁，共49頁，2022年，5月20日，8點

16、37分，星期四電量過放控制-IC+放電LOAD第29頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四電量放電IC+LOAD第30頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四電壓-放電STOP2.3-2.5VIC+此時放電MOS管關(guān)LOAD第31頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四4、過流、短路保護(hù) 當(dāng)電路放電電流超過設(shè)定值或輸出被短路時，過流、短路檢測電路動作，使MOS管（T2）關(guān)斷，電流截止。第32頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四IC電流門限-放電ve第33頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四IC過放控制過放

17、控制+-放電STOP！電流門限此時放電MOS管關(guān)第34頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四五、多節(jié)電芯串聯(lián)保護(hù)板電路原理及工作過程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)板同樣必須能對電芯提供過充、過放、過流、短路等保護(hù)。IC過放控制過充控制-n節(jié)電芯+第35頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四雙節(jié)電芯保護(hù)板原理圖第36頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四1、無顯示（無電壓、充不進(jìn)電、空載電壓低）：當(dāng)發(fā)現(xiàn)有電池?zé)o顯示時，可采取以下步驟進(jìn)行分析（工具：萬用表）： 先用萬用表測電芯正負(fù)極電壓，如時電芯電壓正常，則保護(hù)板有問題

18、，進(jìn)入步驟B；如果電芯無電壓或電壓低，則可測保護(hù)板靜態(tài)電流（自耗電），其電流小于10A，則電芯有問題，若電流大于10A，則為保護(hù)板靜態(tài)電流過大，保護(hù)板來料不良。 若是保護(hù)板有問題，則可用萬用表黑表筆始終接觸電芯負(fù)極，紅表筆儀次沿 FUSE 兩端、471電阻兩端、IC的VDD端、DO端、CO端測電壓，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，可用萬用表導(dǎo)通檔測FUSE是否導(dǎo)通，若不通則為FUSE斷；或者用導(dǎo)線把FUSE短接，再測五金（導(dǎo)線）P+、P-間有無電壓，如有則為FUSE斷，

19、然后可用萬且用表20A檔測電池有無短路保護(hù)，如有短路保護(hù)則FUSE可能為來料不良，有可能為操作時損壞；如無短路保護(hù)，則應(yīng)為MOS管放電控制端出現(xiàn)問題或IC的VM端出現(xiàn)問題，具體分析方法見無保護(hù)的分析方法。六、一般保護(hù)板不良原因分析方法第37頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四B、若為471電阻兩端電壓有變化，可采取以下方法分析：先用萬用表檔測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，又無斷裂，則應(yīng)追查來料有無問題。

20、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“C”。 C、若前面FUSE、471電阻都無問題，則問題可能出于IC與MOS管這一對配合元件上，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元器件腳間阻值的方法來判定。 D、若FUSE、471電阻、IC、MOS管的電壓都無變化，則可用萬用表紅表筆接觸正極不動，黑表筆接觸MOS管2、3腳或MOS管5、6腳。若電壓不變，再測五金P+、P-，若無電壓，則應(yīng)是保護(hù)板過孔不通。如要判定為正極過孔不通還是負(fù)極過孔不通，則可用萬用表表筆一到接電芯一

21、極（B+或B-），另一支接五金另一極（P+或P-）來判定。第38頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四2、無短路保護(hù)：若電池?zé)o短路保護(hù)，則可以從以下幾種情況來分析： A、VM端電阻出現(xiàn)問題，可用萬用表一支表筆接觸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)問題，則可用烙鐵來判定電阻上虛焊、斷裂，還是來料的問題。 B、MOS管放電控制端不能閉合，要判斷是不是MOS管出現(xiàn)問題，最簡單的方法就是用一個好保護(hù)板（A）的MOS管來替換不良保護(hù)板（B）上的MOS管，同時可把替換下來的MOS管上到保護(hù)板（A）上。如果兩個保護(hù)板都

22、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有問題。另一個方法就是通過測量來判定，一般在無電壓時，好的MOS管腳R14、R24間阻值為10M左右，R21（或R31）間阻值一個為10M左右，把萬用表換個方向，則應(yīng)為幾十左右。 第39頁，共49頁，2022年，5月20日，8點37分，星期四3、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分析： A、電芯負(fù)載電壓低，可用萬用表帶5W10負(fù)載直接測電芯正負(fù)極，確認(rèn)電芯帶負(fù)載電壓能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，一般電壓比標(biāo)準(zhǔn)值低的不是很多，可以重新充電，放置幾天重檢OK即可出貨。 B、保護(hù)板帶不起負(fù)載，其分析方法為：萬用表帶5W10負(fù)載，用紅表筆接觸電芯正極不動，黑表筆分別接觸MOS管2（3）與腳5（6），確認(rèn)萬用表讀數(shù)有無變化，如有變動則為MOS管出問題，可用烙鐵重焊MOS管腳以確認(rèn)是否管腳虛焊，也可測MOS管腳之間電阻值來判定（方法同無顯示中的“C”），若MOS管兩端帶負(fù)載讀數(shù)無變化，而五金P+、P-端帶負(fù)載又達(dá)不到要求或讀數(shù)為零，則應(yīng)為保護(hù)板過孔不通（其分析方法同無顯示中的“D”）。第40頁，共49頁，2022年，5月20日，8點