锂电池保护板基础知识

锂电池保护板的基础知识普及

第一章保护板的构成和主要作用一、保护板的构成

锂电池（可充型）之所以需要保护，是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现。锂电池的保护功能通常由保护电路板和PT协同完成，保护板是由电子电路组成，在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流，即时控制电流回路的通断；PTC在高温环境下防止电池发生恶劣的损坏。

保护板通常包括控制IC、MOS开关、电阻、电容及辅助器件NTC、ID存储器等。其中控制IC，在一切正常的情况下控制MOS 开关导通，使电芯与外电路沟通，而当电芯电压或回路电流超过规定值时，它立刻（数十毫秒）控制MOS开关关断，保护电芯的安全。NTC是Negative temperature coefficient的缩写，意即负温度系数，在环境温度升高时，其阻值降低，使用电设备或充电设备及时反应、控制部中断而停止充放电。ID 存储器常为单线接口存储器，ID是Identification 的缩写即身份识别的意思，存储电池种类、生产日期等信息。可起到产品的可追溯和应用的限制。

二、保护板的主要作用

一般要求在-25℃～85℃时Control(IC)检测控制电芯电压与充放电回路的工作电流、电压，在一切正常情况下C-MOS开关管导通，使电芯与保护电路板处于正常工作状态，而当电芯电压或回路中的工作电流超过控制IC中比较电路预设值时，在15～30ms （不同控制IC与C-MOS有不同的响应时间），将CMOS关断，即关闭电芯放电或充电回路，以保证使用者与电芯的安全。

第二章保护板的工作原理

保护板的工作原理图：

如图中，IC由电芯供电，电压在2v－5v均能保证可靠工作。

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，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。

第三章保护板主要零件的功能介绍

R1：基准供电电阻；与IC部电阻构成分压电路，控制部过充、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围都为合格。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（Positive Temperature Coefficient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；现我司所有较多为额定电流为5A的FUSE，即在本体上标识字符’T’。

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。

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阻值对照指导》对比。

2．识别电阻测试：

用万用表直接测量识别电阻值，再与《保护板重要项目管理表》对比。

3.自耗电测试：

调恒流源为3.7V/500mA；万用表设置为uA档，表笔插入uA接孔，然后与恒流源串联起来接保护板B+、B-如下图所示：此时万用表的读数即为保护板的自耗电，如无读数用镊子或锡线短接B-、P-，

激活电路。

4.短路保护测试：

电芯接到保护板B+、B-上，用镊子或锡线短接B-、P-，再短接

P+、P-；短路后用万用表测保护板开

路电压（如下图所示）；反复短接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。