保护板基础知识全解

动力电池知识培训主讲人：蔡伟攀2015.9.28概述一、动力电池的现状二、动力电池PACK的组成三、保护板专业术语四、保护板工作原理五、保护板的结构六、不同保护板的区别七、保护板行业的知识介绍八、Pack保护板时注意事项一、动力电池的现状1.1、动力电池的发展现状答：近年来，随着一些电动工具、电动汽车，电动自行车等发展的需要，其动力核心—电池正受到越来越多的关注。而锂离子电池以其高比能量、长循环寿命、自放电小、无记忆效应和绿色环保等优点备受青睐，是动力电池研究的热点之一。比亚迪，比克，力神等大型锂电企业都纷纷投入大量资金进行产品的研发一、动力电池的现状1.2、动力电池的特点作为动力电池的理想电池应具有以下特点：（1）能量密度高；（2）比功率高，能瞬间大电流放电（最好能持续）；（3）工作温度范围宽（-20℃-+50℃），特殊应用条件下需要能够在（-40℃-+60℃）的工作；（4）能够快速充放电；（5）具有高的可靠性和安全性；（6）具有较长的使用寿命；（7）价格便宜（现在还比较贵）。二、动力电池PACK组成2.1、动力电池组的组成。。二、动力电池PACK组成2.2、电池组保护板电池保护板是整个电池正常工作和安全的守护神，一个好的动力电池PACK必须要有完整的保护功能。电池保护板的主要功能有以下方面：1）过充电保护：2)过放电保护：3)过电流保护：4)短路保护：5）过温度保护：6）均衡功能扩展功能：电量计量（显示），数据通讯二、动力电池PACK组成2.3、电池组电芯2.3.1电芯的种类：钴酸锂，锰酸锂，磷酸铁锂等2.3.2电芯的外型：圆柱，方形，软包三、保护板专业术语3.1、电池管理系统：（BATTERYMANAGEMENTSYSTEM）简称BMS3.2、保护板：ProtectionBoard3.3、过充保护：OverchargeProtection3.4、过放保护：Overdischargeprotection3.5、过流保护：Overcurrentprotection3.6、短路保护：Shortprotection3.7、内阻：Interiorresistance3.8、消耗电流：Currentconsumption四、保护板工作原理ΩICDOCO4.1、单节保护板方框图四、保护板工作原理4.2、单节保护板IC工作时序图四、保护板工作原理4.3、单节保护板工作原理上图中B是电池，P+、P-是电池块接充电器电源或与手机相接的正负极。充电状态：充电时，充电电流由P+进入→B+→MOS1→MOS2→P-。在充电的同时，Ic通过Vcc和R1对电池连续进行测量。当检测到电池电压充电到4.2V时（这个电压随不同Ic而异），Ic内的过充电检测电路将检测到的这个信号并将它转换成一系列的电平信号，其中的一个低电平信号传送到Ic的输出端CO，促使MOS2关断，从而终止充电。放电状态：放电时，放电电流从电池正极B+→P+→负载（手机）→P-→MOS2→MOS1→B-在放电的同时，Ic内的过放检测电路连续测量电池两端的电压，当电池电压随着用电时间的加长而下降到2.3V时（这个电压值随不同的ic而异），该检测电路输出信号，使输出端DO为低电平，从而使MOS1关断，终止电池放电。在某种特殊情况下，如果电池放电时，电流大于某一额定值，Ic内的过电流检测器会输出一个低电平信号到DO端，使MOS1在5~15ms的时间内关断（这个值随不同的电流和不同的MOS管内阻而异）。在极端情况下，P+、P-端发生短路，则Ic内部的短路检测电路，将会检测到这个信号，并将这个信号转换成低电平，输出到DO端，从而使MOS1在10~50us的时间内关闭，从而切断电路。五、保护板结构5.1、保护IC5.2、MOS5.3、电阻5.4、电容5.5、PCB板五、保护板结构5.1、保护板IC5.1.1、什么是锂离子电池保护IC？答：在锂离子电池使用过程中，过充电、过放电对锂电池的电性能都会造成一定的影响，为避免使用中出现这种现象，专门设计了一套电路，并用微电子技术把它小型化，成为一个芯片，该芯片俗称锂电池保护IC。五、保护板结构5.1.2、保护IC外形是什么样的？SOT-23-5封装TSSOP-8装1.1五、保护板结构5.1.3、单节IC内部内部的简化的逻辑图其各个端口的功能简述如下：VDD：1.IC芯片电源输入端。2.锂电池电压采样点。VSS：1.IC芯片测量电路基准参考点。2.锂电池负极和IC连接点。DO：IC对放电MOS管的输出控制端CO：IC对充电MOS管的输出控制端VM：IC芯片对锂电池工作电流的采样输入端从简化的逻辑图可见：电池过充电、过放电，放电时电流过大（过电流），外围电路短路，该ic都会检测出来，并驱动相应的电子器件动作。五、保护板结构5.1.4、单节保护IC主要技术标标准。1）过充电检测电压：VCU4.275±25mv（4.254.2754.30）2）过充电恢复电压：VCL4.175±30mv（4.1454.1754.205）3)过放电检测电压：VDL2.3±80mv(2.222.32.38）4)过放电恢复电压：VDU2.4±0.1mv(2.32.42.5)5)过电流检测电压：VIOV10.1±30mv(0.07V0.10.13V)VIOV20.5±0.1mv(0.40.50.6)6)短路检测电压：VSHORT-1.3V(-1.7-1.3-0.6)7)过充电检测延时：tcu1s（0.512）8)过放电检测延时：tdl125ms（62.5125250）9)过流延时：TioV18ms（4816）TioV22ms（124）10）短路延时：Tshort10us（1050us）11）正常功耗：10PE3uA（136uA）12）静电功耗：1PDN0.1uA五、保护板结构5.2、MOS5.2.1、什么是MOS答：场效应管也称MOSFET，在锂电池保护PCB上，都是成对使用，因此制造商把两只独立的MOSFET封装在一起，其外形通常也有两种：一种是SOP-8封装。五、保护板结构另外一种TSSOP-8封装较薄。五、保护板结构5.2.2、MOSFET在电路中起什么作用？它是怎样工作的？答：MOSFET通常有三只脚，分别称为漏极D、源极S、栅极G。它在电子线路中的功能可用下图简单说明。简言之，MOSFET在电子电路中可把它看作是一只特殊的开关。当栅极G得到了一个高电平，右图的开关就闭合；电流在D.S之间通过。当栅极G得到的不是高电平，而是低电平，则D.S之间开关看作开路，电流不能通过D五、保护板结构5.2.3、什么是MOSFET的内阻？答：如上图所示，D.S之间的开关闭合时总存在一定的电阻，这个电阻相当于MOSFET的内阻，一般这个电阻很小，都在10~30mΩ之间。可见，电流通过MOSFET，由于存在内阻，根据欧姆定律，必然存在电压降，从而损耗掉一部份电能，可见MOSFET的内阻应越小越好。5.2.4、MOS管其他主要技术指标答：MOS管有以下主要技术指标：1）漏源极耐压值：VDSS20V2）漏栅极耐压值：VDGR20V3）栅源极耐压值：VGSS12V4）漏极最大电流IDDC6APolse24A5）漏源极内阻RDSVGS2VID3A22mΩ——45mΩVGS2.5VID3A19mΩ——30mΩVGS4VID3A16mΩ——20mΩ五、保护板结构5.3、电阻5.3.1、电阻在保护板电路中起到什么作用？答：电阻（Resistor）是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生热能。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。通常来说，使用万用表可以很容易判断出电阻的好坏：将万用表调节在电阻挡的合适挡位，并将万用表的两个表笔放在电阻的两端，就可以从万用表上读出电阻的阻值。应注意的是，测试电阻时手不能接触到表笔的金属部分。但在实际保护板维修中，很少出现电阻损坏，除少数机型的一些电阻外，也很少去关心电阻的阻值。着重注意的是电阻是否虚焊，脱焊。五、保护板结构5.4、电容5.4.1、什么是电容？电容在电路中起什么作用？答：1）滤波作用，在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容．由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容，以滤除高频及脉冲干扰。2）耦合作用：在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合．为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。3）在电池保护板电路中最大的作用就是滤波。五、保护板结构5.5、PCB板5.5.1、什么是PCB板？答:是printedcircuitboard的缩写，即印制电路板，通过一定的连线（铜）把一定功能的电路连接起来并把元器件承载在其上实现电路体。是电子元器件电气连接的提供者，它的发展已有100多年的历史了；它的设计主要是版图设计；采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。通常PCB的颜色都是绿色或是棕色，这是阻焊漆（soldermask）的颜色。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面（silkscreen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面（legend）。六、不同保护板的区别6.1、单节：单节保护功能（精工、理光、富晶·····）6.2、双节：双节保护功能（精工、理光······）6.3、三/四节：三节四节共用（精工、理光、美之美······）6.4、多节：（精工、理光、O2、TI······）根据不同的客户需求设计不同的电流值以满足客户要求。六、不同保护板的区别项目O2方案DS2726方案BQ77PL900精工级联方案过充保护与恢复可设置任意值有9组值可选择可设置任意值参数调节需更换IC型号过放保护与恢复可设置任意值参数固定，过放2.3V,恢复2.8V可设置任意值参数调节需更换IC型号放电过流保护可设置任意值可设置任意值可设置任意值可通过IC型号和SENSE电阻配合调节成合适的过流值短路保护可设置任意值可设置任意值可设置任意值短路保护值与放电过流保护值存在一个倍数关系充电过流保护可设置任意值无，通过外部电路较难实现充电过流保护无，通过外部电路较难实现充电过流保护无，通过外部电路较容易实现充电过流保护过温保护可设置任意值无，可通过温度开关较容易实现过温保护可设置任意值无，可通过温度开关较容易实现过温保护低温保护可设置任意值无，通过外部电路较难实现低温保护无，通过外部电路较难实现低温保护无，通过外部电路较难实现低温保护均衡能力强，可设置任意均衡开启值和均衡压差强，有9组均衡压差可选择可内部小电流均衡或扩展外部大电流均衡较弱，充电终端定点均衡，不能检测电芯之间的压差七、保护板行业的知识介绍7.1、保护板的分类7.1.1、手机电池保护板7.1.2、数码电池保护板7.1.3、笔记本电池保护板7.1.4、备用电源电池保护板7.1.5、电动工具锂电池保护板7.1.6、自行车电池保护板等等7.2、按方案分类7.2.1、精工方案7.2.2、理光方案7.2.3、TI方案7.2.4、凹凸方案7.2.5、单片机方案等八、Pack保护板时注意事项8.1、组装前应分清保护板端口定义8.2、电芯加板时焊接从低到高电压8.3、电芯拆板时从高电压依次拆到低电压端8.4、封装完成后人体应少接触元器件8.5、测试时应由专业的设备检测