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锂电池保护板的工作原理

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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。
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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