鋰電池保護(hù)板的基礎(chǔ)知識(shí)普及

******章 保護(hù)板的構(gòu)成和主要作用
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PTC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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。NTC是Negative temperature
 coefficient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。可起到產(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制。

 
二、保護(hù)板的主要作用
      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(kāi)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?，T1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

        R1：基準(zhǔn)供電電阻；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。
總結(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（Positive Temperature Coefficient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。
總結(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(kāi)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(kāi)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(kāi)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））。
總結(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(kāi)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。總結(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(kāi)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(kāi)、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(kāi)
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。

如上圖所示接好電路，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?？措娮枧cIC、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(kāi)，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(kāi)（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,IC Vdd到Vs
s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(kāi)。
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(kāi)阻焊漆看內(nèi)部電路有無(wú)斷開(kāi)、短路現(xiàn)象。