锂电池保护板基础知识

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1、锂电池保护板的基础知识普及第一章保护板的构成和主要作用一、保护板的构成锂电池（可充型）之所以需要保护，是由它本身特性决定 的。由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短 路及超高温充放电，因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护 板和一片电流保险器出现。锂电池的保护功能通常由保护电路板和 PT协同完成，保护板是由电子电路组成，在-40C至+85C的环境下 时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流，即时控制电流回路 的通断；PTC在高温环境下防止电池发生恶劣的损坏。定值时，它立刻（数十毫秒）控制MOS开关关断，保护电芯的安全。 NTC 是 Negative temperature c

2、oefficient 的缩写，意即负温度 系数，在环境温度升高时，其阻值降低，使用电设备或充电设备及 时反应、控制内部中断而停止充放电。ID存储器常为单线接口存 储器，ID是Identification的缩写即身份识别的意思，存储电池 种类、生产日期等信息。可起到产品的可追溯和应用的限制。电容电阻控制ICPCMOS二、保护板的主要作用一般要求在-25C85C时Control(IC)检测控制电芯电 压与充放电回路的工作电流、电压，在一切正常情况下C-MOS开关 管导通，使电芯与保护电路板处于正常工作状态，而当电芯电压或 回路中的工作电流超过控制IC中比较电路预设值时，在1530ms 内(不同控制

3、IC与C-MOS有不同的响应时间)，将CMOS关断，即 关闭电芯放电或充电回路，以保证使用者与电芯的安全。第二章保护板的工作原保护板的工作原理图:5 T 4仆I生池运”牛工创|百处逅件自抚 一一1如图中，IC由电芯供电，电压在2v 5v均能保证可靠工作。1、过充保护及过充保护恢复当电池被充电使电压超过设定值VC（4.25-4.35V,具体 过充保护电压取决于IC）后，VD1翻转使Cout变为低电平，T1截止, 充电停止.当电池电压回落至VCR（3.8-4.1V，具体过充保护恢复电 压取决于IC）时，Cout变为高电平，T1导通充电继续，VCR必须 小于VC 个定值，以防止频繁跳变。2、过放保护

4、及过放保护恢复当电池电压因放电而降低至设定值VD（2.3-2.5V，具体 过充保护电压取决于IC）时，VD2翻转，以短时间延时后，使 Dout变为低电平，T2截止，放电停止，当电池被置于充电时，内部 或门被翻转而使T2再次导通为下次放电作好准备。3、过流、短路保护当电路充放回路电流超过设定值或被短路时，短路检 测电路动作，使MOS管关断，电流截止。第三章保护板主要零件的功能介绍CONTROLHC)R1：基准供电电阻；与IC内部电阻构成分压电路，控 制内部过充、过放电压比较器的电平翻转；一般在阻值为330Q、 470Q比较多；当封装形式（即用标准元件的长和宽来表示元件大小, 如0402圭寸装标识

5、此元件的长和宽分别为1.0mm和0.5mm）较大时， 会用数字标识其阻值，如贴片电阻上数字标识473,即表示其阻值 为47000Q即47KQ（第三位数表示在前两位后面加0的位数）。R2： 过流、短路检测电阻；通过检测VM端电压控制保护板的电流，焊 接不良、损坏会造成电池过流、短路无保护，一般阻值为1KQ、 2KQ较多。R3： ID识别电阻或NTC电阻（前面有介绍）或两者都有。 总结：电阻在保护板中为黑色贴片，用万用表可测其阻值，当封装 较大时其阻值会用数字表示，表示方法如上所述，当然电阻阻值一 般都有偏差，每个电阻都有精度规格，如10KQ电阻规格为+/ 5% 精度则其阻值为9.5KQ 10.5

6、KQ范围内都为合格。C1、C2：由于 电容两端电压不能突变，起瞬间稳压和滤波作用。总结：电容在保护板中为黄色贴片，封装形式0402较多，也有少数 0603封装（1.6mm长,0.8mm宽）；用万用表检测其阻值一般为无穷大 或MQ级别；电容漏电会产生自耗电大，短路无自恢复现象。FUSE： 普通 FUSE 或 PTC （Positive Temperature Coefficient 的缩写， 意思是正温度系数）；防止不安全大电流和高温放电的发生，其中 PTC有自恢复功能。总结：FUSE在保护板中一般为白色贴片，LITTE公司提供FUSE会在 FUSE上标识字符D-T，字符表示意思为FUSE能承受

7、的额定电流，如 表示D额定电流为0.25A, S为4A, T为5A等；现我司所有较多为 额定电流为5A的FUSE，即在本体上标识字符T。U1：控制IC；保护板所有功能都是IC通过监视连接在VDD-VSS间 的电压差及VM-VSS间的电压差而控制C-MOS执行开关动作来实现的。Cout：过充控制端；通过MOS管T2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栅极电 压控制MOS管的开关。VM：过流、短路保护电压检测端；通过检测VM端的 电压实现电路的过流、短路保护（U （VM） =I*R （M0SFET）。总结：IC在保护板中一般为6个管脚的封装形式，其区别管

8、脚的方 法为：在封装体上标识黑点的附近为第1管脚，然后逆时针旋转分 别为第2、3、4、5、6管脚；如封装体上无黑点标识，则正看封装 体上字符左下为第1管脚，其余管脚逆时针类推）C-MOS:场效应开 关管；保护功能的实现者；连焊、虚焊、假焊、击穿时会造成电池 无保护、无显示、输出电压低等不良现象。总结：CMOS在保护板中一般为8个管脚的封装形式，它时由两个MOS管构成，相当于两个 开关，分别控制过充保护和过放、过流、短路保护；其管脚区分方 法和IC 一样。在保护板正常情况下，Vdd为高电平，Vss、VM为低电平，Dout、 Cout为高电平；当Vdd、Vss、VM任何一项参数变换时，Dout或

9、Cout的电平将发生变化，此时MOSFET执行相应的动作（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阻值对照指 导对比。2. 识别电阻测试: 用万用表直接测量识别电阻值，再与保护板重要项目管理表对 比。3. 自耗电测试：调恒流源为3.7V/500mA；万用表设置为uA档，表笔插入uA接孔， 然后与恒流源串联起来接保护板B+、B-如下图所示：此时万用表的 读数即为保护板的自耗电，如无读数用镊子或锡线短接B-、P-，激活电路。电芯接到保护板B+、B-上，用镊子或锡线短接B-、P-,再短接P+、

10、P-；短路后用万用表测保护板开路电压（如下图所示）；反复短接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。 电芯 B保护板万用表 电压档內、s.內阻测试i方祛一r如右图连接好电路. 用內阻测试仪测A P-间的阻值为乩再测B+、P+ 间的但值为应，内阻测试仪本 身內阻为出決U保护板的內阻 为 Ei+R2-2R3n方法二如右圈接好电賂它 坤万用表分别测 爪P+间及 A、P-间电压。 听得电压值即为保护扳的內 包因为电路中的电流为1A,根据欧姆定律 R=U/Ioa R，恒流源尿护板p+p-B-如上图所示接好电路，按照重要项目管理表设置好锂易安数据，再 按自动按钮，接好后按红表笔

11、上的按钮进行测试。此时锂易安测试 仪的灯应逐次点亮，表示性能0K。按显示键检查测试数据： Chg， 表示过充保护电压；Dis表过放保护电压；Ocur表示过流保 护电流。第五章保护板常见不良分析一、无显示、输出电压低、带不起负载：此类不良首先排除电芯不良（电芯本来无电压或电压低），如果电 芯不良则应测试保护板的自耗电，看是否是保护板自耗电过大导致 电芯电压低。如果电芯电压正常，则是由于保护板整个回路不通（元器件虚焊、假焊、FUSE不良、PCB板内部电路不通、过孔不通、 MOS、IC损坏等）。具体分析步骤如下：（一）、用万用表黑表笔接电芯负极，红表笔依次接FUSE、R1电阻 两端，IC的Vdd、D

12、out、Cout端，P+端（假设电芯电压为3.8V）， 逐段进行分析，此几个测试点都应为3.8V。若不是，则此段电路有 问题。1. FUSE两端电压有变化：测试FUSE是否导通，若导通则是PCB 板内部电路不通；若不导通则FUSE有问题（来料不良、过流损坏（MOS或IC控制失效）、材质有问题 （在MOS或IC动作之前FUSE被烧坏），然后用导线短接FUSE，继 续往后分析。2. R1电阻两端电压有变化：测试R1电阻值，若电阻值异常，则 可能是虚焊，电阻本身断裂。若电阻值无异常，则可能是IC内部电 阻出现问题。3. IC测试端电压有变化：Vdd端与R1电阻相连。Dout、Cout端 异常，则是由

13、于IC虚焊或损坏。4. 若前面电压都无变化，测试B-到P+间的电压异常，则是由于保 护板正极过孔不通。（二）、万用表红表笔接电芯正极，激活MOS管后，黑表笔依次接 MOS 管 2、3 脚，6、7 脚，P-端。1. MOS管2、3脚,6、7脚电压有变化，则表示MOS管异常。2. 若MOS管电压无变化，P-端电压异常，则是由于保护板负极过孔 不通。二、短路无保护：1. VM端电阻出现问题：可用万用表一表笔接IC2脚，一表笔接与 VM端电阻相连的MOS管管脚，确认其电阻值大小。看电阻与IC、MOS管脚有无虚焊。2. IC、MOS异常：由于过放保护与过流、短路保护共用一个MOS 管，若短路异常是由于M

14、OS出现问题，则此板应无过放保护功能。3. 以上为正常状况下的不良，也可能出现IC与MOS配置不良引起 的短路异常。如前期出现的BK-901，其型号为312D的IC内延 迟时间过长，导致在IC作出相应动作控制之前MOS或其它元器件已 被损坏。注：其中确定IC或MOS是否发生异常最简易、直接的方法就是对有 怀疑的元器件进行更换。三、短路保护无自恢复：1. 设计时所用IC本来没有自恢复功能，如G2J，G2Z等。2. 仪器设置短路恢复时间过短，或短路测试时未将负载移开，如 用万用表电压档进行短路表笔短接后未将表笔从测试端移开（万用 表相当于一个几兆的负载）。3. P+、P-间漏电，如焊盘之间存在带杂

15、质的松香，带杂质的黄胶 或P+、P -间电容被击穿,IC Vdd到Vss间被击穿.（阻值只有几K 到几百K）.4. 如果以上都没问题，可能IC被击穿，可测试IC各管脚之间阻 值。四、内阻大：1. 由于MOS内阻相对比较稳定，出现内阻大情况，首先怀疑的应 该是FUSE或PTC这些内阻相对比较容易发生变化的元器件。2. 如果FUSE或PTC阻值正常，则视保护板结构检测P+、P-焊盘 与元器件面之间的过孔阻值，可能过孔出现微断现象，阻值较大。3. 如果以上多没有问题，就要怀疑MOS是否出现异常：首先确定 焊接有没有问题；其次看板的厚度（是否容易弯折），因为弯折时 可能导致管脚焊接处异常；再将MOS管放到显微镜下观测是否破裂; 最后用万用表测试MOS管脚阻值，看是否被击穿。五、ID异常:1. ID电阻本身由于虚焊、断裂或因电阻材质不过关而出现异常： 可重新焊接电阻两端，若重焊后ID正常则是电阻虚焊，若断裂则电 阻会在重焊后从中裂开。2. ID过孔不导通：可用万用表测试过孔两端。3. 内部线路出现问题：可刮开阻焊漆看内部电路有无断开、短路 现象。