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
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