鋰電池保護板不良分析及技術(shù)參數、主要零件功能基礎知識分享-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-07-09
鋰電池保護板是對串聯(lián)鋰電池組的充放電保護；在充滿(mǎn)電時(shí)能保證各單體電池之間的電壓差異小于設定值（一般±20mV），實(shí)現電池組各單體電池的均充，有效地改善了串聯(lián)充電方式下的充電效果；同時(shí)檢測電池組中各個(gè)單體電池的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路、過(guò)溫狀態(tài)，保護并延長(cháng)電池使用壽命；欠壓保護使每一單節電池在放電使用時(shí)避免電池因過(guò)放電而損壞。
鋰電池芯和保護板，鋰電池芯主要由正極板、隔膜、負極板、電解液組成；正極板、隔膜、負極板纏繞或層疊，包裝，灌注電解液，封裝后即制成電芯，鋰電池保護板的作用很多人都不知道，鋰電池保護板，顧名思義就是保護鋰電池用的，鋰電池保護板的作用是保護電池不過(guò)放、不過(guò)充、不過(guò)流，還有就是輸出短路保護。
均衡電流 ：80mA(VCELL=4.20V時(shí))
均衡起控點(diǎn)：4.18±0.03 V
過(guò)充門(mén)限 ：4.25±0.05 V (4.30±0.05 V可選)
過(guò)放門(mén)限 ：2.90±0.08 V (2.40±0.05 V可選)
過(guò)放延時(shí) ：5mS
過(guò)放釋放 ：斷開(kāi)負載，并且各單體電池電壓均高于過(guò)放門(mén)限；
過(guò)流釋放 ：斷開(kāi)負載釋放
過(guò)溫保護 ：有接口，需安裝可恢復性溫度保護開(kāi)關(guān)；
工作電流 ：15A（根據客戶(hù)選擇）
靜態(tài)功耗 ：<0.5mA
短路保護功能：能保護，斷開(kāi)負載可自恢復。
主要功能：過(guò)充保護功能，過(guò)放保護功能，短路保護功能，過(guò)流保護功能，過(guò)溫保護功能，均衡保護功能。
接口定義：該板的充電口與放電口相互獨立，兩者共正極，B-為連接電池的負極，C-為充電口的負極；P-為放電口的負極；B-、P-、C-焊盤(pán)均是過(guò)孔式，焊盤(pán)孔直徑均為3mm;電池各充電檢測接口以DC針座形式輸出。
參數說(shuō)明：最大工作電流和過(guò)流保護電流值的配置，單位：A（5/8，8/15，10/20，12/25，15/30，20/40，25/35，30/50，35/60，50/80，80/100），特殊過(guò)流值可以按客戶(hù)要求定制。
控制ic，2、開(kāi)關(guān)管，另外還加一些微容和微阻而組成?？刂苅c 作用是對電池的保護，如達到保護條件就控制mos進(jìn)行斷開(kāi)或閉合（如電池達到過(guò)充、過(guò)放、短路、過(guò)流、等保護條件），其中mos管的作用就是開(kāi)關(guān)作用，由控制ic開(kāi)控制。
鋰電池（可充型）之所以需要保護，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(zhù)一塊精致的保護板和一片電流保險器出現。鋰電池的保護功能通常由保護電路板和PTC協(xié)同完成，保護板是由電子電路組成，在-40℃至+85℃的環(huán)境下時(shí)刻準確的監視電芯的電壓和充放回路的電流。
1、過(guò)充保護及過(guò)充保護恢復
當電池被充電使電壓超過(guò)設定值VC(4.25-4.35V，具體過(guò)充保護電壓取決于IC)后，VD1翻轉使Cout變?yōu)榈碗娖?，T1截止，充電停止.當電池電壓回落至VCR(3.8-4.1V，具體過(guò)充保護恢復電壓取決于IC)時(shí)，Cout變?yōu)楦唠娖?，T1導通充電繼續， VCR必須小于VC一個(gè)定值，以防止頻繁跳變。
2、過(guò)放保護及過(guò)放保護恢復
當電池電壓因放電而降低至設定值VD（2.3-2.5V，具體過(guò)充保護電壓取決于IC）時(shí)， VD2翻轉，以短時(shí)間延時(shí)后，使Dout變?yōu)榈碗娖?，T2截止，放電停止，當電池被置于充電時(shí)，內部或門(mén)被翻轉而使T2再次導通為下次放電作好準備。
3、過(guò)流、短路保護
當電路充放回路電流超過(guò)設定值或被短路時(shí)，短路檢測電路動(dòng)作，使MOS管關(guān)斷，電流截止。
R1：基準供電電阻；與IC內部電阻構成分壓電路，控制內部過(guò)充、過(guò)放電壓比較器的電平翻轉；一般在阻值為330Ω、470Ω比較多；當封裝形式（即用標準元件的長(cháng)和寬來(lái)表示元件大小，如0402封裝標識此元件的長(cháng)和寬分別為1.0mm和0.5mm）較大時(shí)，會(huì )用數字標識其阻值，如貼片電阻上數字標識473， 即表示其阻值為47000Ω即47KΩ（第三位數表示在前兩位后面加0的位數）。
R2：過(guò)流、短路檢測電阻；通過(guò)檢測VM端電壓控制保護板的電流 ，焊接不良、損壞會(huì )造成電池過(guò)流 、短路無(wú)保護，一般阻值為1KΩ、2KΩ較多。
R3：ID識別電阻或NTC電阻（前面有介紹）或兩者都有。
總結：電阻在保護板中為黑色貼片，用萬(wàn)用表可測其阻值，當封裝較大時(shí)其阻值會(huì )用數字表示，表示方法如上所述，當然電阻阻值一般都有偏差，每個(gè)電阻都有精度規格，如10KΩ電阻規格為+/－5％精度則其阻值為9.5KΩ －10.5KΩ范圍內都為合格。
C1、C2：由于電容兩端電壓不能突變，起瞬間穩壓和濾波作用?？偨Y：電容在保護板中為黃色貼片，封裝形式0402較多，也有少數0603封裝(1.6mm長(cháng),0.8mm寬)；用萬(wàn)用表檢測其阻值一般為無(wú)窮大或MΩ級別；電容漏電會(huì )產(chǎn)生自耗電大，短路無(wú)自恢復現象。FUSE：普通FUSE或PTC（Positive Temperature Coefficient的縮寫(xiě)，意思是正溫度系數）；防止不安全大電流和高溫放電的發(fā)生，其中PTC有自恢復功能。
總結：FUSE在保護板中一般為白色貼片，LITTE公司提供FUSE會(huì )在FUSE上標識字符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。
U1：控制IC；保護板所有功能都是IC通過(guò)監視連接在VDD-VSS間的電壓差及VM-VSS間的電壓差而控制C-MOS執行開(kāi)關(guān)動(dòng)作來(lái)實(shí)現的。
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、短路保護電壓檢測端；通過(guò)檢測VM端的電壓實(shí)現電路的過(guò)流、短路保護
（U（VM）=I*R（MOSFET））
總結：IC在保護板中一般為6個(gè)管腳的封裝形式，其區別管腳的方法為：在封裝體上標識黑點(diǎn)的附近為第1管腳，然后逆時(shí)針旋轉分別為第2、3、4、5、6管腳；如封裝體上無(wú)黑點(diǎn)標識，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(lèi)推）C-MOS：場(chǎng)效應開(kāi)
關(guān)管；保護功能的實(shí)現者 ；連焊、虛焊、假焊、擊穿時(shí)會(huì )造成電池無(wú)保護、無(wú)顯示、輸出電壓低等不良現象。
總結：CMOS在保護板中一般為8個(gè)管腳的封裝形式，它時(shí)由兩個(gè)MOS管構成，相當于兩個(gè)開(kāi)關(guān)，分別控制過(guò)充保護和過(guò)放、過(guò)流、短路保護；其管腳區分方法和IC一樣。
在保護板正常情況下，Vdd為高電平，Vss、VM為低電平，Dout、Cout為高電平；當Vdd、Vss、VM任何一項參數變換時(shí)，Dout或Cout的電平將發(fā)生變化，此時(shí)MOSFET執行相應的動(dòng)作（開(kāi)、關(guān)電路），從而實(shí)現電路的保護和恢復功能。
此類(lèi)不良首先排除電芯不良（電芯本來(lái)無(wú)電壓或電壓低），如果電芯不良則應測試保護板的自耗電，看是否是保護板自耗電過(guò)大導致電芯電壓低。如果電芯電壓正常，則是由于保護板整個(gè)回路不通（元器件虛焊、假焊、FUSE不良、PCB板內部電路不通、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極，紅表筆依次接FUSE、R1電阻兩端，IC的Vdd、Dout、Cout端，P+端（假設電芯電壓為3.8V），逐段進(jìn)行分析，此幾個(gè)測試點(diǎn)都應為3.8V。若不是，則此段電路有問(wèn)題。
1. FUSE兩端電壓有變化：測試FUSE是否導通，若導通則是PCB板內部電路不通；若不導通則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），然后用導線(xiàn)短接FUSE，繼續往后分析。
2. R1電阻兩端電壓有變化：測試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內部電阻出現問(wèn)題。
3. IC測試端電壓有變化：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，測試B-到P+間的電壓異常，則是由于保護板正極過(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，則是由于保護板負極過(guò)孔不通。
1. VM端電阻出現問(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)放保護與過(guò)流、短路保護共用一個(gè)MOS管，若短路異常是由于MOS出現問(wèn)題，則此板應無(wú)過(guò)放保護功能。
3. 以上為正常狀況下的不良，也可能出現IC與MOS配置不良引起的短路異常。如前期出現的BK-901，其型號為‘312D’的IC內延遲時(shí)間過(guò)長(cháng)，導致在IC作出相應動(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、直接的方法就是對有懷疑的元器件進(jìn)行更換。
1. 設計時(shí)所用IC本來(lái)沒(méi)有自恢復功能,如G2J，G2Z等。
2. 儀器設置短路恢復時(shí)間過(guò)短，或短路測試時(shí)未將負載移開(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試端移開(kāi)（萬(wàn)用表相當于一個(gè)幾兆的負載）。
3. P+、P-間漏電，如焊盤(pán)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Vss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，可測試IC各管腳之間阻值。
1. 由于MOS內阻相對比較穩定，出現內阻大情況，首先懷疑的應該是FUSE或PTC這些內阻相對比較容易發(fā)生變化的元器件。
2. 如果FUSE或PTC阻值正常，則視保護板結構檢測P+、P-焊盤(pán)與元器件面之間的過(guò)孔阻值，可能過(guò)孔出現微斷現象，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），因為彎折時(shí)可能導致管腳焊接處異常；再將MOS管放到顯微鏡下觀(guān)測是否破裂；最后用萬(wàn)用表測試MOS管腳阻值，看是否被擊穿。
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)孔不導通：可用萬(wàn)用表測試過(guò)孔兩端。
3. 內部線(xiàn)路出現問(wèn)題：可刮開(kāi)阻焊漆看內部電路有無(wú)斷開(kāi)、短路現象。
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