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鋰電池保護(hù)板的原理知識(shí)2021-07-06 08:22

  鋰電池保護(hù)板原理非常簡(jiǎn)單,電子元器件也是沒(méi)幾個(gè),比較適合初學(xué)者下面介紹下第一章保護(hù)板的構(gòu)成和主要作用主要介紹鋰電池保護(hù)板的構(gòu)成,電池保護(hù)板的主要作用,工作原理。以及生產(chǎn)的單節(jié)鋰電池保護(hù)線路的應(yīng)用范圍,電性能參數(shù),主要材料,尺寸規(guī)格,等項(xiàng)目的相關(guān)內(nèi)容。本規(guī)格書所描述的所有項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)可作為品質(zhì)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)。2產(chǎn)品應(yīng)用范圍(1)液態(tài)鋰離子可充電電池;(2)聚合物鋰離子可充電電池。一、保護(hù)板的構(gòu)成鋰電池(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PT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,即時(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)板通常包括控制IC、MOS開關(guān)、電阻、電容及輔助器件NTC、ID存儲(chǔ)器等。其中控制IC,在一切正常的情況下控制MOS開關(guān)導(dǎo)通,使電芯與外電路溝通,而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過(guò)規(guī)定值時(shí),它立刻(數(shù)十毫秒)控制MOS開關(guān)關(guān)斷,保護(hù)電芯的安全。NTC是Negativetemperaturecoefficient的縮寫,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。ID存儲(chǔ)器常為單線接口存儲(chǔ)器,ID是Identification的縮寫即身份識(shí)別的意思,存儲(chǔ)電池種類、生產(chǎn)日期等信息??善鸬疆a(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制。]要作用一般要求在-25℃~85℃時(shí)Control(IC)檢測(cè)控制電芯電壓與充放電回路的工作電流、電壓,在一切正常情況下C-MOS開關(guān)管導(dǎo)通,使電芯與保護(hù)電路板處于正常工作狀態(tài),而當(dāng)電芯電壓或回路中的工作電流超過(guò)控制IC中比較電路預(yù)設(shè)值時(shí),在15~30ms內(nèi)(不同控制IC與C-MOS有不同的響應(yīng)時(shí)間),將CMOS關(guān)斷,即關(guān)閉電芯放電或充電回路,以保證使用者與電芯的安全。第二章保護(hù)板的工作原理保護(hù)板的工作原理圖:如圖中,IC由電芯供電,電壓在2v-5v均能保證可靠工作。1、過(guò)充保護(hù)及過(guò)充保護(hù)恢復(fù)當(dāng)電池被充電使電壓超過(guò)設(shè)定值VC(4.25-4.35V,具體過(guò)充保護(hù)電壓取決于IC)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,具體過(guò)充保護(hù)恢復(fù)電壓取決于IC)時(shí),Cout變?yōu)楦唠娖?,T1導(dǎo)通充電繼續(xù),VCR必須小于VC一個(gè)定值,以防止頻繁跳變。2、過(guò)放保護(hù)及過(guò)放保護(hù)恢復(fù)當(dāng)電池電壓因放電而降低至設(shè)定值VD(2.3-2.5V,具體過(guò)充保護(hù)電壓取決于IC)時(shí),VD2翻轉(zhuǎn),以短時(shí)間延時(shí)后,使Dout變?yōu)榈碗娖?,T2截止,放電停止,當(dāng)電池被置于充電時(shí),內(nèi)部或門被翻轉(zhuǎn)而使T2再次導(dǎo)通為下次放電作好準(zhǔn)備。3、過(guò)流、短路保護(hù)當(dāng)電路充放回路電流超過(guò)設(shè)定值或被短路時(shí),短路檢測(cè)電路動(dòng)作,使MOS管關(guān)斷,電流截止。第三章保護(hù)板主要零件的功能介紹

  電阻;與IC內(nèi)部電阻構(gòu)成分壓電路,控制內(nèi)部過(guò)充、過(guò)放電壓比較器的電平翻轉(zhuǎn);一般在阻值為330Ω、470Ω比較多;當(dāng)封裝形式(即用標(biāo)準(zhǔn)元件的長(zhǎng)和寬來(lái)表示元件大小,如0402封裝標(biāo)識(shí)此元件的長(zhǎng)和寬分別為1.0mm和0.5mm)較大時(shí),會(huì)用數(shù)字標(biāo)識(shí)其阻值,如貼片電阻上數(shù)字標(biāo)識(shí)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(guò)流、短路檢測(cè)電阻;通過(guò)檢測(cè)VM端電壓控制保護(hù)板的電流,焊接不良、損壞會(huì)造成電池過(guò)流、短路無(wú)保護(hù),一般阻值為1KΩ、2KΩ較多。R3:ID識(shí)別電阻或NTC電阻(前面有介紹)或兩者都有??偨Y(jié):電阻在保護(hù)板中為黑色貼片,用萬(wàn)用表可測(cè)其阻值,當(dāng)封裝較大時(shí)其阻值會(huì)用數(shù)字表示,表示方法如上所述,當(dāng)然電阻阻值一般都有偏差,每個(gè)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(nèi)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(jié):電容在保護(hù)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(zhǎng),0.8mm寬);用萬(wàn)用表檢測(cè)其阻值一般為無(wú)窮大或MΩ級(jí)別;電容漏電會(huì)產(chǎn)生自耗電大,短路無(wú)自恢復(fù)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(fù)功能??偨Y(jié):FUSE在保護(hù)板中一般為白色貼片,LITTE公司提供FUSE會(huì)在FUSE上標(biāo)識(shí)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;現(xiàn)我司所有較多為額定電流為5A的FUSE,即在本體上標(biāo)識(shí)字符’T’。U1:控制IC;保護(hù)板所有功能都是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C-MOS執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Cout:過(guò)充控制端;通過(guò)MOS管T2柵極電壓控制MOS管的開關(guān)。Dout:過(guò)放、過(guò)流、短路控制端;通過(guò)MOS管T1柵極電壓控制MOS管的開關(guān)。VM:過(guò)流、短路保護(hù)電壓檢測(cè)端;通過(guò)檢測(cè)VM端的電壓實(shí)現(xiàn)電路的過(guò)流、短路保護(hù)(U(VM)=I*R(MOSFET))??偨Y(jié):IC在保護(hù)板中一般為6個(gè)管腳的封裝形式,其區(qū)別管腳的方法為:在封裝體上標(biāo)識(shí)黑點(diǎn)的附近為第1管腳,然后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)分別為第2、3、4、5、6管腳;如封裝體上無(wú)黑點(diǎn)標(biāo)識(shí),則正看封裝體上字符左下為第1管腳,其余管腳逆時(shí)針類推)C-MOS:場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管;保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)者;連焊、虛焊、假焊、擊穿時(shí)會(huì)造成電池?zé)o保護(hù)、無(wú)顯示、輸出電壓低等不良現(xiàn)象??偨Y(jié):CMOS在保護(hù)板中一般為8個(gè)管腳的封裝形式,它時(shí)由兩個(gè)MOS管構(gòu)成,相當(dāng)于兩個(gè)開關(guān),分別控制過(guò)充保護(hù)和過(guò)放、過(guò)流、短路保護(hù);其管腳區(qū)分方法和IC一樣。在保護(hù)板正常情況下,Vdd為高電平,Vss、VM為低電平,Dout、Cout為高電平;當(dāng)Vdd、Vss、VM任何一項(xiàng)參數(shù)變換時(shí),Dout或Cout的電平將發(fā)生變化,此時(shí)MOSFET執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作(開、關(guān)電路),從而實(shí)現(xiàn)電路的保護(hù)和恢復(fù)功能。第四章保護(hù)板主要性能測(cè)試方法1.NTC電阻測(cè)試:用萬(wàn)用表直接測(cè)量NTC電阻值,再與《溫度變化與NTC阻值對(duì)照指導(dǎo)》對(duì)比。2.識(shí)別電阻測(cè)試:用萬(wàn)用表直接測(cè)量識(shí)別電阻值,再與《保護(hù)板重要項(xiàng)目管理表》對(duì)比。3.自耗電測(cè)試:調(diào)恒流源為3.7V/500mA;萬(wàn)用表設(shè)置為uA檔,表筆插入uA接孔,然后與恒流源串聯(lián)起來(lái)接保護(hù)板B+、B-如下圖所示:此時(shí)萬(wàn)用表的讀數(shù)即為保護(hù)板的自耗電,如無(wú)讀數(shù)用鑷子或錫線短接B-、P-,激活電路。4.短路保護(hù)測(cè)試:電芯接到保護(hù)板B+、B-上,用鑷子或錫線短接B-、P-,再短接P+、P-;短路后用萬(wàn)用表測(cè)保護(hù)板開路電壓(如下圖所示);反復(fù)短接3-5次,此時(shí)萬(wàn)用表讀數(shù)應(yīng)與電芯一致,保護(hù)板應(yīng)無(wú)冒煙、爆裂等現(xiàn)象。

  好電路,按照重要項(xiàng)目管理表設(shè)置好鋰易安數(shù)據(jù),再按自動(dòng)按鈕,接好后按紅表筆上的按鈕進(jìn)行測(cè)試。此時(shí)鋰易安測(cè)試儀的燈應(yīng)逐次點(diǎn)亮,表示性能OK。按顯示鍵檢查測(cè)試數(shù)據(jù):‘Chg’表示過(guò)充保護(hù)電壓;‘Dis’表過(guò)放保護(hù)電壓;‘Ocur’表示過(guò)流保護(hù)電流。第五章保護(hù)板常見(jiàn)不良分析一、無(wú)顯示、輸出電壓低、帶不起負(fù)載:此類不良首先排除電芯不良(電芯本來(lái)無(wú)電壓或電壓低),如果電芯不良則應(yīng)測(cè)試保護(hù)板的自耗電,看是否是保護(hù)板自耗電過(guò)大導(dǎo)致電芯電壓低。如果電芯電壓正常,則是由于保護(hù)板整個(gè)回路不通(元器件虛焊、假焊、FUSE不良、PCB板內(nèi)部電路不通、過(guò)孔不通、MOS、IC損壞等)。具體分析步驟如下:(一)、用萬(wàn)用表黑表筆接電芯負(fù)極,紅表筆依次接FUSE、R1電阻兩端,IC的Vdd、Dout、Cout端,P+端(假設(shè)電芯電壓為3.8V),逐段進(jìn)行分析,此幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)都應(yīng)為3.8V。若不是,則此段電路有問(wèn)題。1.FUSE兩端電壓有變化:測(cè)試FUSE是否導(dǎo)通,若導(dǎo)通則是PCB板內(nèi)部電路不通;若不導(dǎo)通則FUSE有問(wèn)題(來(lái)料不良、過(guò)流損壞(MOS或IC控制失效)、材質(zhì)有問(wèn)題(在MOS或IC動(dòng)作之前FUSE被燒壞),然后用導(dǎo)線短接FUSE,繼續(xù)往后分析。2.R1電阻兩端電壓有變化:測(cè)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(wú)異常,則可能是IC內(nèi)部電阻出現(xiàn)問(wèn)題。3.IC測(cè)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(wú)變化,測(cè)試B-到P+間的電壓異常,則是由于保護(hù)板正極過(guò)孔不通。(二)、萬(wàn)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(wú)變化,P-端電壓異常,則是由于保護(hù)板負(fù)極過(guò)孔不通。二、短路無(wú)保護(hù):1.VM端電阻出現(xiàn)問(wèn)題:可用萬(wàn)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(rèn)其電阻值大小。看電阻與IC、MOS管腳有無(wú)虛焊。2.IC、MOS異常:由于過(guò)放保護(hù)與過(guò)流、短路保護(hù)共用一個(gè)MOS管,若短路異常是由于MOS出現(xiàn)問(wèn)題,則此板應(yīng)無(wú)過(guò)放保護(hù)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(hào)為‘312D’的IC內(nèi)延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致在IC作出相應(yīng)動(dòng)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(jiǎn)易、直接的方法就是對(duì)有懷疑的元器件進(jìn)行更換。三、短路保護(hù)無(wú)自恢復(fù):1.設(shè)計(jì)時(shí)所用IC本來(lái)沒(méi)有自恢復(fù)功能,如G2J,G2Z等。2.儀器設(shè)置短路恢復(fù)時(shí)間過(guò)短,或短路測(cè)試時(shí)未將負(fù)載移開,如用萬(wàn)用表電壓檔進(jìn)行短路表筆短接后未將表筆從測(cè)試端移開(萬(wàn)用表相當(dāng)于一個(gè)幾兆的負(fù)載)。3.P+、P-間漏電,如焊盤之間存在帶雜質(zhì)的松香,帶雜質(zhì)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(méi)問(wèn)題,可能IC被擊穿,可測(cè)試IC各管腳之間阻值。四、內(nèi)阻大:1.由于MOS內(nèi)阻相對(duì)比較穩(wěn)定,出現(xiàn)內(nèi)阻大情況,首先懷疑的應(yīng)該是FUSE或PTC這些內(nèi)阻相對(duì)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(hù)板結(jié)構(gòu)檢測(cè)P+、P-焊盤與元器件面之間的過(guò)孔阻值,可能過(guò)孔出現(xiàn)微斷現(xiàn)象,阻值較大。3.如果以上多沒(méi)有問(wèn)題,就要懷疑MOS是否出現(xiàn)異常:首先確定焊接有沒(méi)有問(wèn)題;其次看板的厚度(是否容易彎折),因?yàn)閺澱蹠r(shí)可能導(dǎo)致管腳焊接處異常;再將MOS管放到顯微鏡下觀測(cè)是否破裂;最后用萬(wàn)用表測(cè)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(zhì)不過(guò)關(guān)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(huì)在重焊后從中裂開。2.ID過(guò)孔不導(dǎo)通:可用萬(wàn)用表測(cè)試過(guò)孔兩端。3.內(nèi)部線路出現(xiàn)問(wèn)題:可刮開阻焊漆看內(nèi)部電路有無(wú)斷開、短路現(xiàn)象。

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