锂电池保护板工作原理

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。