锂电池保护板设计与测试实验报告.docx

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1、锂电池保护板设计与测试实验报告综合实验题目：锂电池保护板设计与测试锂电池保护板设计与测试【摘要】购买3串（3个18650电池或聚合物锂电池串联组合）的锂电池保护板，型号HX-3S-01通过Altiumdesigner绘制电路原理图和PCB原理图，再在室温下通过模拟充放电过程测试保护板过充、过放范围及保护性能，测试结果表明在各电池电压低于2.35V时电池处于过放状态，在各电池电压高于4.IV时电池处于过充状态。锂电池保护版性能良好。1 .引言1.1 锂电池保护板的由来锂电池（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

2、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PTC等电流器件协同完成，保护板是由电子电路组成，在-40至+85C的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流，及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。1.2 保护板的组成及元器件简介保护板通常包括控制IC、MOS开关、电阻、电容及辅助器件FUSE、PTC、NTC、ID、存储器等。其中控制IC,在一切正常的情况下控制M0S开关导通，使电芯与外电路导通，而当电芯电压或回路电流超过规定值时，它立刻控制M0S开关关断，保护电芯的安全。、电阻：起限流、采样作用；、电容：对直流电

3、而言电阻值“8“，对交流电而言阻值接近零，电容两端电压不能突变，能起瞬间稳压作用，滤波作用；、FUSE：熔断保险丝，起过流保护作用；、PTC：PTC是Positivetemperaturecoefficient的缩写，意即正温度系数电阻，（温度越高，阻值越大），可以防止电池高温放电和不安全的大电流的发生，即过流保护作用。、NTC：是Negativetemperaturecoefficient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、控制内部中断而停止充放电。、ID：是Identification的缩写，即身份识别的意思它分为两种：一是存储器，常为单线接

4、口存储器，存储电池种类、生产日期等信息；二是识别电阻。两者可起到产品的可追溯和应用的限制。、IC：特点：A内藏高精度电压检出电路；a、过充电检出电压(3.9V4.4V),一般来说，IC型号不同，过充电检出电压也不一样；b、过放电检出电压(2.0V3.0V),一般来说，IC型号不同，过放电检出电压也不一样；B连接充电器的端子采用高耐压装置；C各种延迟时间由内载电路来实现(过放、过充电，过电流延迟)；D内藏三级过电流检出电路(过电路1、过电流2、负载短路)；E充电器检出功能、异常充电电流检出功能；F工作温度范围：-40+85。1.3 保护板的几项实用指标导通电阻：定义：当充电电流为500mA时，M

5、0S管的导通阻抗。由于通讯设备的工作频率较高，数据传输要求误码率低，其脉冲串的上升及下降沿陡，故对电池的电流输出能力和电压稳定度要求高，因此保护板的M0S管开关导通时电阻要小，单节电芯保护板通常在70mQ,如太大会导致通讯设备工作不正常，如手机在通话时突然断线、电话接不通、噪声等现象。自耗电流定义：IC工作电压为3.6V,空载状态下，流经保护IC的工作电流，一般极小。保护板的自耗电流直接影响电池的待机时间，通常规定保护板的自耗电流小于10微安。电流能力保护板作为锂电芯的安全保护器件，既要在设备的正常工作电流范围内,能可靠工作，又要在当电池被意外短路或过流时能迅速动作，使电芯得到保护。机械性能、

6、温度适应能力、抗静电能力保护板必须能通过国标规定的震动，冲击试验；保护板在-40到85能安全工作,能经受15KV的非接触ESD静电测试。1.4 一般保护板不良原因分析方法无显示（无电压、充不进电、空载电压低）：当发现有电池无显示时，可采取以下步骤进行分析（工具：万用表）：A.先用万用表测电芯正负极电压，如时电芯电压正常，则保护板有问题，进入步骤B；如果电芯无电压或电压低，则可测保护板静态电流（自耗电），其电流小于10UA,则电芯有问题，若电流大于10UA,则为保护板静态电流过大，保护板来料不良。B.若是保护板有问题，则可用万用表黑表笔始终接触电芯负极，红表笔仪次沿FUSE两端、471电阻两端、

7、IC的VDD端、DO端、CO端测电压，若保护板是良好的，假设电芯电压为3.8V,则这几处的电压值也应为3.8V,如若这几处电压有不为3.8V的，可用以下方法查找原因：a.FUSE两端电压有变化，可用万用表导通档测FUSE是否导通，若不通则为FUSE断；或者用导线把FUSE短接，再测五金（导线）P+、P-间有无电压，如有则为FUSE断，然后可用万且用表20A档测电池有无短路保护，如有短路保护则FUSE可能为来料不良，有可能为操作时损坏；如无短路保护，则应为MOS管放电控制端出现问题或IC的VM端出现问题，具体分析方法见无保护的分析方法。b.若为471电阻两端电压有变化，可采取以下方法分析：先用万

8、用表Q档测471电阻是否正常，若电阻不正常则可用烙铁焊电阻两端，如电阻为虚焊则应可恢复到正常阻值，若电阻不恢复到正常值，则可用烙铁沾锡并轻拨电阻一端，看电阻是否断裂，如为断裂，则应追查有何处断裂。如若电阻即不虚焊，又无断裂，则应追查来料有无问题。若电阻阻值正常，则应为IC或MOS管出现异常而引起471电阻电压降低，具体分析方法见。c.若前面FUSE、471电阻都无问题，则问题可能出于IC与MOS管这一对配合元件上，其中有几种情况：a、元器件虚焊：可用焊铁焊MOS管或IC脚，若是元器件虚则应可焊好；b、元器件损坏，可用好的元器件替换或测元器件脚间阻值的方法来判定。d.若FUSE、471电阻、IC

9、、MOS管的电压都无变化，则可用万用表红表笔接触正极不动,黑表笔接触MOS管2、3脚或触S管5、6脚。若电压不变，再测五金P+、P-,若无电压，则应是保护板过孔不通。如要判定为正极过孔不通还是负极过孔不通，则可用万用表表笔一到接电芯一极（B+或B-）,另一支接五金另一极（P+或P-）来判定。无短路保护：若电池无短路保护，则可以从以下几种情况来分析：A. VM端电阻出现问题，可用万用表一支表笔接触IC的VM端，另一只表笔接触与VM端电阻相连的MOS管部分（即P-管脚），确认电阻值大小，如果电阻阻值出现问题，则可用烙铁来判定电阻上虚焊、断裂，还是来料的问题。B. MOS管放电控制端不能闭合，要判断

10、是不是MOS管出现问题，最简单的方法就是用一个好保护板（A）的MOS管来替换不良保护板（B）上的MOS管，同时可把替换下来的MOS管上到保护板（A）上。如果两个保护板都为0K的，则应是MOS管虚焊，若保护板（B）为0K的，而保护板（A）NG,则保护板（B）上厚MOS管坏，若保护板（B）为NG的，而保护板（A）为0K的，则保护板（B）上原IC有问题。另一个方法就是通过测量来判定，一般在无电压时，好的MOS管脚R14、R24间阻值为10MQ左右，R21（或R31）间阻值一个为10MQ左右，把万用表换个方向，则应为几十。左右。放电不良（负载电压低）：若电池放电不良则可以从以下几种情况来分析:A.电芯

11、负载电压低，可用万用表带5W10Q负载直接测电芯正负极，确认电芯带负载电压能否达到标准，一般电压比标准值低的不是很多，可以重新充电，放置几天重检0K即可出货。B.保护板带不起负载，其分析方法为：万用表带5的0Q负载，用红表笔接触电芯正极不动，黑表笔分别接触MOS管2（3）与脚5（6）,确认万用表读数有无变化，如有变动则为MOS管出问题，可用烙铁重焊MOS管脚以确认是否管脚虚焊，也可测MOS管脚之间电阻值来判定（方法同无显示中的“C”）,若MOS管两端带负载读数无变化，而五金P+、P-端带负载又达不到要求或读数为零，则应为保护板过孔不通（其分析方法同无显示中的“D”）。ID异常:对一般保护板而言

12、（除AX940、Hi777、T6、TWO.T6890外），ID回路上，只有一个回路电阻，若ID有异常可以以下几种情况分析：A. TD电阻本身由于短路、虚焊、断裂或因电阻材质不过关而出现异常。如为1D本身问题，则可用烙铁重焊电阻两端来判定电阻是短路、虚焊、断裂或是电阻材质有问题，如为虚焊则阻值会变正常，如断裂电阻则会掉落一半。B. ID电阻本身无问题，而五金ID与P-间阻值异常则可能为过孔不通或保护板上线路被短路。NTC异常：一般保护板NTC回路上只有一个NTC电阻，若NTC异常其分析方法与ID异常的分析方法一样。L4三节、四节串联用电池保护IC,S-8254AA系列（1）特点针对各节电池的高精

13、度电压检测功能 过充电检测电压n（n=l4）3.94.4V（50mV级进）精度25mV*1 过充电解除电压n（n=4）3.84.4V精度50mV 过放电检测电压n（n=4）2.03.0V（100mV级进）精度80mV*2精度100mV过放电解除电压n（广4）2.03.4V3段过电流检测功能过电流检测电压10.050. 30V （50mV 级进）精度25niV过电流检测电压20.5V精度100mV过电流检测电压3VC11.2V精度300mV通过外接部件的容量可设置过充电检测延迟时间、过放电检测延迟时间和过电流检测延迟时间1（过电流检测延迟时间2、过电流检测延迟时间3为内部固定）通过SEL端子可以

14、实现3节串联用/4节串联用的切换通过控制端子可以控制充放电采用高耐压元件绝对最大额定值26V宽工作电压范围224V宽工作温度范围-40+85C低消耗电流 工作时30附最大值（+25C） 休眠时0.1M最大值（+25C）无铅产品 1.过充电滞后电压n（n=l4）为0V或者可在0.1VO.4V的范围内以50mV级进来选择（过充电滞后电压二过充电检测电压-过充电解除电压） 2.过放电滞后电压n（n二4）为0V或者可在0.2V0.7V的范围内以1OOmV级进来选择（过放电滞后电压二过放电解除电压-过放电检测电压）引脚排列16-PinTSSOP端子编号端子记号端子说明1C0P充电控制用FET门极连接端子（N沟道开路漏极输出）2VMPVC1-VMP间的电压检测端子（过电流3检测端子）3DOP放电控制用FET门极连接端子（CMOS输出）4VINIVSS-VINI间的电压检测端子（过电流1、2检测端子）5CDT过放电检测延迟、过电流检测1延迟用的容量连接端子6CCT过充电检测延迟用的容量连接端子7VSS负电源输入端子、电池4的负电压连接端子8NC无连接*19NC无连接*110SEL3节串联/4节串联的切换端子VSS电平：3节串联，VDD电平：4节串联11CTL充电用FET以及放电用FET的控制端子12VC4电池3的负电压、电池4的正电压连接端子13VC3电池2的负电