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锂电池保护板工作原理

发布者:【浩博电池资讯】   发布时间:2021-09-18 08:09:19   点击量:77

第一章保护板的组成及主要作用


本文主要介绍锂电池保护板的组成,电池保护板的主要功能和工作原理。以及生产的单节锂电池保护电路的应用范围、电气性能参数、主要材料、尺寸规格等相关项目。本规范中描述的所有项目标准均可作为质量检验标准和依据。


2产品应用范围


(1)液态锂离子充电电池;


(2)聚合物锂离子充电电池。


1、保护板的组成


锂电池(充电式)之所以需要保护,是由其自身的特性决定的。由于锂电池本身的材质决定了不能过充、过放、过流、短路、超高温充放电,所以锂电池的锂电池组件总会出现精致的保护板和电流保险丝。锂电池的保护功能通常由保护电路板和PT完成。保护板由电子电路组成。可在-40℃至+85℃的环境下准确监测电芯电压和充放电电路电流。控制电流回路的通断;PTC可防止在高温环境下对电池造成严重损坏。


保护板通常包括控制IC、MOS开关、电阻、电容和辅助器件NTC、ID存储器等。其中,控制IC控制MOS开关在所有正常情况下导通,使电芯与外部电路通信。当电池电压或回路电流超过规定值时,立即控制MOS开关关断(几十毫秒)。保护电池的安全。NTC是Negativetemperaturecoefficient的缩写,意思是负温度系数。当环境温度升高时,其电阻降低。用电设备或充电设备及时响应并控制内部中断停止充电和放电。ID存储器通常是单线接口存储器。ID是Identification的缩写,表示标识,存储电池类型、生产日期等信息。可以起到产品追溯和应用限制的作用。


二、保护板的主要作用


一般要求Control(IC)在-25℃~85℃检测控制电池的电压和充放电电路的工作电流,电压,在所有正常情况下,C-MOS开关管导通使电芯和保护电路板处于正常工作状态,当电芯电压或回路中的工作电流超过控制IC时当电路预置时,在15-30ms内(不同的控制IC和C-MOS响应时间不同),CMOS关闭,即关闭电芯放电或充电电路,保证用户的安全和电池单元。


第二章保护板的工作原理


IC由电池供电,电压在2v-5v之间,保证工作可靠。


1.过充保护和过充保护恢复


当电池充电到电压超过设定值VC(4.25-4.35V,具体过充保护电压视IC而定)时,VD1翻转使Cout变低,T1结束,充电停止。当电池电压下降到VCR(3.8-4.1V,具体过充保护恢复电压取决于IC),Cout变高,T1导通继续充电,VCR必须小于VC的一个固定值,以防止频繁的跳跃。


2、过放保护和过放保护恢复


当电池电压下降到设定值VD(2.3-2.5V,具体过充保护电压取决于IC)时,VD2翻转,经过短暂的延时后,Dout变为低电平,T2截止,放电停止。电池充电时,内部OR门翻转,T2再次导通,为下一次放电做准备。


3、过流、短路保护


当电路充放电回路电流超过设定值或短路时,短路检测电路动作,关闭MOS管,切断电流。


第三章保护板主要部件功能介绍


R1:参考电源电阻;它与IC的内阻形成分压电路,控制内部过充和过放电??压比较器的电平反转;一般电阻值为330Ω和470Ω;当封装形式(即用标准元件的长宽表示元件尺寸,如0402封装标志,元件长宽分别为1.0mm和0.5mm)时越大,电阻值将用数字标识。例如贴片电阻上的数字标识473表示其阻值为47000Ω或47KΩ(第三位表示前两位后加0的位数)。R2:过流和短路检测电阻;通过检测VM端的电压来控制保护板的电流。焊接不良或损坏会导致电池在没有保护的情况下过流和短路。一般电阻值为1KΩ和2KΩ。R3:ID识别电阻器或NTC电阻器(如前所述)或两者兼而有之。总结:电阻是保护板上的黑色贴片。万用表可以测量电阻值。当封装较大时,电阻值会以数字表示。表达方法如上所述。当然,电阻的阻值一般都有偏差,每个电阻都有精度规格。例如,10KΩ电阻规格为+/-5%精度意味着电阻值在9.5KΩ-10.5KΩ范围内。C1、C2:由于电容器两端的电压不能突然变化,起瞬时稳压和滤波作用。


总结:电容是保护板上的黄色贴片。0402封装的种类很多,0603封装也有少数(长1.6mm,宽0.8mm);阻值一般为无穷大或MΩ级;电容漏电会造成较大的自耗,短路时无自恢复。FUSE:普通FUSE或PTC(PositiveTemperatureCoefficient的缩写,意思是正温度系数);为防止不安全的大电流和高温放电,PTC具有自恢复功能。


总结:FUSE一般是保护板上的白色贴片。LITTE提供的FUSE会在FUSE上标记字符DT。字符表示FUSE可承受的额定电流。例如D的额定电流为0.25A,S为4A,T为5A等;目前,我公司的产品大多为额定电流为5A的FUSE,即在机身上标有“T”字样。


U1:控制IC;保护板的所有功能均由IC通过监测VDD-VSS之间的电压差和VM-VSS之间的电压差,控制C-MOS进行开关动作来实现。


Cout:过充控制端;通过MOS管T2的栅极电压控制MOS管的开关。


Dout:过放、过流、短路控制端;通过MOS管T1的栅极电压控制MOS管的开关。


VM:过流和短路保护电压检测端;通过检测VM端电压(U(VM)=I*R(MOSFET))实现电路过流和短路保护。


总结:保护板中的IC一般是6脚封装,区分管脚的方法是:在封装体黑点附近标出第一个管脚,然后逆时针旋转是第二、第三、第四,第五和第六引脚;如果封装体上没有黑点标记,第一个引脚在封装体字符的左下方,其他引脚逆时针类推)C-MOS:场效应开关管;保护功能的实现展示;连续焊、假焊、假焊、击穿会造成电池无保护、无显示、输出电压低等不良现象。总结:保护板中的CMOS


一般是8脚封装,由两个MOS管组成,相当于两个开关,分别控制过充保护和过放过放。电流和短路保护;其引脚的区分方法与IC相同。


保护板正常情况下,Vdd为高,Vss,VM为低,Dout,Cout为高;当Vdd、Vss、VM中的任何一个参数发生变化时,Dout或Cout的电平都会发生变化。此时MOSFET进行相应的动作(开、关电路),从而实现电路的保护和恢复功能。


第四章保护板主要性能测试方法


1.NTC电阻测试:


用万用表直接测量NTC电阻值,再与《温度变化与NTC电阻值的比较》比较。


2.鉴别电阻测试:


用万用表直接测量识别电阻值,然后与《保护板重要项目管理表》进行比较。


3、自耗测试:


将恒流源调整为3.7V/500mA;将万用表设置为uA,将表笔插入uA插孔,然后与恒流源串联连接到保护板B+和B-如下图所示:此时,读数为万用表是自耗保护板。如果没有读数,用镊子或锡线将B-、P-、


\n激活电路。


4、短路保护测试:


将电芯接到保护板B+、B-,用镊子或锡线短接B-、P-,再短接P+、P-;短路后,用万用表测量保护板的电压


(如下图所示);重复短路3-5次,此时万用表读数应与电芯一致,保护板应无冒烟、爆裂等现象。


接好电路,根据重要项目管理表设置立依安数据,然后按自动按钮,再按红色表笔上的按钮进行测试。这时候立依安测试仪的灯应该会一一亮起来,说明性能还可以。按显示键查看测试数据:“Chg”表示过充保护电压;“Dis”表示过放保护电压;“Ocur”表示过流保护电流。


第五章保护板常见缺陷分析


一、无显示、输出电压低、空载:


这种缺陷是首先排除坏电池(电池没有电压或电压低),如果如果电池坏了,应测试保护板自耗,看保护板自耗是否过大,电池电压是否偏低。如果电芯电压正常,则是因为保护板整个电路被堵住了(元件被焊、假焊、FUSE坏、PCB板内部电路被堵、过孔被堵、MOS、IC被堵)损坏等)。具体分析


步骤如下:


(1)、将万用表黑色表笔接电池负极,红色表笔接FUSE和R1电阻端,IC的Vdd和Dout、Cout端、P+端(假设电芯电压3.8V),分段分析,这些测试点应该都是3.8V。如果没有,这部分电路有问题。


1、FUSE两端电压有变化:测试FUSE是否导通,如果导通,说明PCB板内部电路没有导通;如果它没有打开,FUSE


有问题(来料不良,过流损坏(MOS或IC控制失效),材料问题(MOS或IC动作前FUSE烧坏),然后用导线短接FUSE,稍后继续分析。


\n2.R1电阻两端电压有变化:测试R1的阻值,如果阻值异常,可能是虚焊,电阻本身坏了。如果阻值没有异常,可能是IC内阻有问题。


\n


3、IC测试端电压有变化:Vdd端接R1电阻。Dout和Cout端子异常,因为IC被焊接或损坏。


4.如果之前的电压没有变化,测试B-和P+之间的电压是否异常,是因为保护板的正极通孔被堵住了。


(二)、万用表红色表笔接电芯正极,激活MOS管后,黑色表笔依次接MOS管2、3、6、7、P-终端。


1、如果MOS管2、3、6、7的电压有变化,说明MOS管异常。


2、如果MOS管电压没有变化,P端电压不正常,是因为保护板的负极过孔被堵住了。


二、短路无保护:


1.VM终端电阻有问题:用万用表一只表笔接IC2脚,一只表笔接MOS脚接VM端电阻。确认电阻值


.看电阻和IC,MOS管脚无虚焊。


2、IC和MOS异常:由于过放保护和过流短路保护共用一个MOS管,如果短路异常是MOS问题,本板应该没有过放保护护功能。


3、以上为正常情况下的缺陷,也可能出现IC和MOS配置不良导致的短路异常。例如,早期出现的BK-901中,型号为‘312D’的IC延迟时间过长,导致MOS或其他元器件在IC未采取相应动作控制之前就已损坏。


注意:判断IC或MOS是否异常最简单、最直接的方法是更换可疑元件。


三、短路保护无自恢复:


1、设计中使用的IC没有自恢复功能,如G2J、G2Z等。


2、仪表设置的短路恢复时间过短,或短路试验时没有卸掉负载。几兆字节的负载)。


3、P+和P-之间漏电,如焊盘间有杂质松香,杂质黄胶或P+、P-电容击穿,ICVdd到Vss击穿(阻值只有几K到几百K)。


4、如果以上都没有问题,可能是IC坏了。您可以测试IC引脚之间的电阻。


四、内阻大:


1、由于MOS的内阻比较稳定,出现较大的内阻,首先怀疑的应该是FUSE或者PTC的相对比较。易于更改的组件。


2.如果FUSE或PTC的电阻值正常,可以根据保护板的结构检测P+、P-焊盘与元件表面之间的过孔电阻值。值较大。


3、如果以上都没有问题,就要怀疑MOS是否有异常:首先判断焊接是否有问题;其次,看板的厚度(是否容易弯曲),因为弯曲可能导致引脚被焊坏将MOS管放在显微镜下观察是否断裂;最后用万用表测试MOS管脚的阻值,看是否击穿。


五、ID异常:


1.虚焊、断裂或电阻材料不足导致ID电阻本身异常:可以重新焊接两端电阻,如果重新焊接后ID正常,则表示电阻不正常焊接。如果它坏了,重新焊接后电阻会从它那里分离出来。


2.IDvia不导通:用万用表测试过孔两端。


3、内部电路有问题:可以刮掉阻焊层,看看内部电路是否断线或短路。


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