鋰電池保護(hù)板不良分析及技術(shù)參數(shù)、主要零件功能基礎(chǔ)知識分享-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2019-07-09
鋰電池保護(hù)板是對串聯(lián)鋰電池組的充放電保護(hù)；在充滿電時(shí)能保證各單體電池之間的電壓差異小于設(shè)定值（一般±20mV），實(shí)現(xiàn)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)單體電池的過壓、欠壓、過流、短路、過溫狀態(tài)，保護(hù)并延長電池使用壽命；欠壓保護(hù)使每一單節(jié)電池在放電使用時(shí)避免電池因過放電而損壞。
鋰電池芯和保護(hù)板，鋰電池芯主要由正極板、隔膜、負(fù)極板、電解液組成；正極板、隔膜、負(fù)極板纏繞或?qū)盈B，包裝，灌注電解液，封裝后即制成電芯，鋰電池保護(hù)板的作用很多人都不知道，鋰電池保護(hù)板，顧名思義就是保護(hù)鋰電池用的，鋰電池保護(hù)板的作用是保護(hù)電池不過放、不過充、不過流，還有就是輸出短路保護(hù)。
均衡電流 ：80mA(VCELL=4.20V時(shí))
均衡起控點(diǎn)：4.18±0.03 V
過充門限 ：4.25±0.05 V (4.30±0.05 V可選)
過放門限 ：2.90±0.08 V (2.40±0.05 V可選)
過放延時(shí) ：5mS
過放釋放 ：斷開負(fù)載，并且各單體電池電壓均高于過放門限；
過流釋放 ：斷開負(fù)載釋放
過溫保護(hù) ：有接口，需安裝可恢復(fù)性溫度保護(hù)開關(guān)；
工作電流 ：15A（根據(jù)客戶選擇）
靜態(tài)功耗 ：<0.5mA
短路保護(hù)功能：能保護(hù)，斷開負(fù)載可自恢復(fù)。
主要功能：過充保護(hù)功能，過放保護(hù)功能，短路保護(hù)功能，過流保護(hù)功能，過溫保護(hù)功能，均衡保護(hù)功能。
接口定義：該板的充電口與放電口相互獨(dú)立，兩者共正極，B-為連接電池的負(fù)極，C-為充電口的負(fù)極；P-為放電口的負(fù)極；B-、P-、C-焊盤均是過孔式，焊盤孔直徑均為3mm;電池各充電檢測接口以DC針座形式輸出。
參數(shù)說明：最大工作電流和過流保護(hù)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），特殊過流值可以按客戶要求定制。
控制ic，2、開關(guān)管，另外還加一些微容和微阻而組成。控制ic 作用是對電池的保護(hù)，如達(dá)到保護(hù)條件就控制mos進(jìn)行斷開或閉合（如電池達(dá)到過充、過放、短路、過流、等保護(hù)條件），其中mos管的作用就是開關(guān)作用，由控制ic開控制。
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充、過放、過流、短路及超高溫充放電，因此鋰電池鋰電組件總會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。
1、過充保護(hù)及過充保護(hù)恢復(fù)
當(dāng)電池被充電使電壓超過設(shè)定值VC(4.25-4.35V，具體過充保護(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，具體過充保護(hù)恢復(fù)電壓取決于IC)時(shí)，Cout變?yōu)楦唠娖剑琓1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、過放保護(hù)及過放保護(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、過流、短路保護(hù)
當(dāng)電路充放回路電流超過設(shè)定值或被短路時(shí)，短路檢測電路動作，使MOS管關(guān)斷，電流截止。
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)部過充、過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)元件的長和寬來表示元件大小，如0402封裝標(biāo)識此元件的長和寬分別為1.0mm和0.5mm）較大時(shí)，會用數(shù)字標(biāo)識其阻值，如貼片電阻上數(shù)字標(biāo)識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：過流、短路檢測電阻；通過檢測VM端電壓控制保護(hù)板的電流 ，焊接不良、損壞會造成電池過流 、短路無保護(hù)，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(jié)：電阻在保護(hù)板中為黑色貼片，用萬用表可測其阻值，當(dāng)封裝較大時(shí)其阻值會用數(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?？偨Y(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,0.8mm寬)；用萬用表檢測其阻值一般為無窮大或MΩ級別；電容漏電會產(chǎn)生自耗電大，短路無自恢復(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會在FUSE上標(biāo)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(hù)板所有功能都是IC通過監(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)行開關(guān)動作來實(shí)現(xiàn)的。
Cout：過充控制端；通過MOS管T2柵極電壓控制MOS管的開關(guān)。
Dout：過放、過流、短路控制端；通過MOS管T1柵極電壓控制MOS管的開關(guān)。
VM：過流、短路保護(hù)電壓檢測端；通過檢測VM端的電壓實(shí)現(xiàn)電路的過流、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；如封裝體上無黑點(diǎn)標(biāo)識，則正看封裝體上字符左下為第1管腳，其余管腳逆時(shí)針類推）C-MOS：場效應(yīng)開
關(guān)管；保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)者 ；連焊、虛焊、假焊、擊穿時(shí)會造成電池?zé)o保護(hù)、無顯示、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)開關(guān)，分別控制過充保護(hù)和過放、過流、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)的動作（開、關(guān)電路），從而實(shí)現(xiàn)電路的保護(hù)和恢復(fù)功能。
此類不良首先排除電芯不良（電芯本來無電壓或電壓低），如果電芯不良則應(yīng)測試保護(hù)板的自耗電，看是否是保護(hù)板自耗電過大導(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、過孔不通、MOS、IC損壞等）。具體分析步驟如下：
（一）用萬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)測試點(diǎn)都應(yīng)為3.8V。若不是，則此段電路有問題。
1. FUSE兩端電壓有變化：測試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有問題（來料不良、過流損壞（MOS或IC控制失效）、材質(zhì)有問題（在MOS或IC動作之前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。若電阻值無異常，則可能是IC內(nèi)部電阻出現(xiàn)問題。
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. 若前面電壓都無變化，測試B-到P+間的電壓異常，則是由于保護(hù)板正極過孔不通。
（二）萬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管電壓無變化，P-端電壓異常，則是由于保護(hù)板負(fù)極過孔不通。
1. VM端電阻出現(xiàn)問題：可用萬用表一表筆接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。看電阻與IC、MOS管腳有無虛焊。
2. IC、MOS異常：由于過放保護(hù)與過流、短路保護(hù)共用一個(gè)MOS管，若短路異常是由于MOS出現(xiàn)問題，則此板應(yīng)無過放保護(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，其型號為‘312D’的IC內(nèi)延遲時(shí)間過長，導(dǎo)致在IC作出相應(yīng)動作控制之前MOS或其它元器件已被損壞。注：其中確定IC或MOS是否發(fā)生異常最簡易、直接的方法就是對有懷疑的元器件進(jìn)行更換。
1. 設(shè)計(jì)時(shí)所用IC本來沒有自恢復(fù)功能,如G2J，G2Z等。
2. 儀器設(shè)置短路恢復(fù)時(shí)間過短，或短路測試時(shí)未將負(fù)載移開，如用萬用表電壓檔進(jìn)行短路表筆短接后未將表筆從測試端移開（萬用表相當(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Vss間被擊穿.（阻值只有幾K到幾百K）。
4. 如果以上都沒問題，可能IC被擊穿，可測試IC各管腳之間阻值。
1. 由于MOS內(nèi)阻相對比較穩(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P+、P-焊盤與元器件面之間的過孔阻值，可能過孔出現(xiàn)微斷現(xiàn)象，阻值較大。
3. 如果以上多沒有問題，就要懷疑MOS是否出現(xiàn)異常：首先確定焊接有沒有問題；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是否破裂；最后用萬用表測試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，若斷裂則電阻會在重焊后從中裂開。
2. ID過孔不導(dǎo)通：可用萬用表測試過孔兩端。
3. 內(nèi)部線路出現(xiàn)問題：可刮開阻焊漆看內(nèi)部電路有無斷開、短路現(xiàn)象。
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