钜大LARGE | 点击量：3605次 | 2019年05月08日
锂电池保护板的工作原理
锂电池保护板是对串联锂电池组的充放电保护；在充满电时能保证各单体电池之间的电压差异小于设定值（一般±20mV），实现电池组各单体电池的均充，有效地改善了串联充电方式下的充电效果；同时检测电池组中各个单体电池的过压、欠压、过流、短路、过温状态，保护并延长电池使用寿命；欠压保护使每一单节电池在放电使用时避免电池因过放电而损坏。
成品锂电池组成主要有两大部分，锂电池芯和保护板，锂电池芯主要由正极板、隔膜、负极板、电解液组成；正极板、隔膜、负极板缠绕或层叠，包装，灌注电解液，封装后即制成电芯，锂电池保护板的作用很多人都不知道，锂电池保护板，顾名思义就是保护锂电池用的，锂电池保护板的作用是保护电池不过放、不过充、不过流，还有就是输出短路保护。
01
保护板的工作原理
1、过充保护及过充保护恢复
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
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一个定值，以防止频繁跳变。
2、过放保护及过放保护恢复
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。
03
保护板主要零件的功能介绍
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330Ω、470Ω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封装标识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47000Ω即47KΩ（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1KΩ、2KΩ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10KΩ电阻规格为+/－5％精度则其阻值为9.5KΩ－10.5KΩ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MΩ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（PositiveTemperatureCoefficient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能承受的额定电流，如表示D额定电流为0.25A，S为4A，T为5A等。
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（MOSFET））。
总结：IC在保护板中一般为6个管脚的封装形式，其区别管脚的方法为：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。
04
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、Dout、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MOS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质的松香，带杂质的黄胶或P+、P-间电容被击穿,ICVdd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。
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