如果允許任何電池過(guò)度放電，可充電電池組的性能會(huì)過(guò)早下降。當(dāng)電池組完全放電時(shí)，最弱電池的ILOAD ? RIN內(nèi)部壓降可能會(huì)超過(guò)內(nèi)部VCELL化學(xué)電位，并且電池端子電壓相對(duì)于正常電壓變?yōu)樨?fù)。在這種情況下，不可逆的化學(xué)過(guò)程開(kāi)始改變最初提供電池電荷存儲(chǔ)能力的內(nèi)部材料特性，因此電池的后續(xù)電荷循環(huán)不會(huì)保留原始能量含量。此外，一旦電池受損，它更有可能在后續(xù)使用中遭受逆轉(zhuǎn)，加劇問(wèn)題并迅速縮短電池組的有用循環(huán)壽命。

對(duì)于鎳基化學(xué)品，一組串聯(lián)電池的過(guò)度放電不一定會(huì)導(dǎo)致安全隱患，但一個(gè)或多個(gè)電池在用戶(hù)意識(shí)到性能的任何顯著下降之前遭受逆轉(zhuǎn)的情況并不少見(jiàn)。到那時(shí)，恢復(fù)狼群為時(shí)已晚。對(duì)于能量更高的鋰基電池化學(xué)，必須防止反轉(zhuǎn)，作為防止過(guò)熱或火災(zāi)的安全措施。因此，監(jiān)測(cè)單個(gè)電池電壓對(duì)于確保較長(zhǎng)的電池組壽命（以及鋰電池的安全性）至關(guān)重要。

LTC6801專(zhuān)為解決這些特定問(wèn)題而開(kāi)發(fā)。LTC6801 能夠檢測(cè)多達(dá) <> 節(jié)串聯(lián)電池的單個(gè)電池過(guò)壓 （OV） 和欠壓 （UV） 情況，并具有可級(jí)聯(lián)互連以處理擴(kuò)展的器件鏈，所有這些都獨(dú)立于任何微處理器支持。

LTC6801 的特性

工作模式和可編程閾值電平由引腳連接設(shè)置。提供 0 種 UV 設(shè)置（77.2V 至 88.3V）和 7 種 OV 設(shè)置（4.5V 至 4.12V）。監(jiān)控單元的數(shù)量可以設(shè)置為 <> 到 <>，采樣率可以設(shè)置為三種不同速度之一，以?xún)?yōu)化功耗與檢測(cè)時(shí)間的關(guān)系。還提供三種不同的遲滯設(shè)置，以定制報(bào)警恢復(fù)的行為。

為了支持串聯(lián)電池的擴(kuò)展配置，故障信號(hào)通過(guò)在“堆疊”器件鏈中雙向傳遞電氣隔離的差分時(shí)鐘信號(hào)來(lái)傳輸，從而對(duì)電池組上的負(fù)載噪聲提供出色的抗擾度。鏈中的任何設(shè)備檢測(cè)到故障都會(huì)停止其輸出時(shí)鐘信號(hào)，因此整個(gè)鏈中的任何故障指示都會(huì)傳播到堆棧中的“底部”設(shè)備。時(shí)鐘信號(hào)由專(zhuān)用 IC（如 LTC6906）或主機(jī)微處理器（如果涉及）在堆棧底部發(fā)出，并在條件正常時(shí)完全環(huán)路穿過(guò)鏈。

在許多應(yīng)用中，LTC6801 可用作更復(fù)雜的采集系統(tǒng)（如 LTC6802 （例如，在混合動(dòng)力汽車(chē)中）的冗余監(jiān)視器，但它也非常適合用作便攜式工具和備用電源等低成本產(chǎn)品的獨(dú)立解決方案。由于 LTC6801 直接從其監(jiān)控的電池獲取其工作電源，因此每個(gè)器件的可用電池范圍因化學(xué)性質(zhì)而異，以便提供運(yùn)行該器件所需的電壓 — 從大約 10V 到超過(guò) 50V。該系列支持 4-12 個(gè)鋰離子電池或 8-12 個(gè)鎳基電池的分組。圖1顯示了如何簡(jiǎn)單地監(jiān)控8節(jié)鎳電池組，防止濫用過(guò)放電。請(qǐng)注意，只有欠壓警報(bào)與鎳化學(xué)成分相關(guān)，盡管在充電期間仍會(huì)因存在OV條件而檢測(cè)到電池組連續(xù)性故障。

圖1.簡(jiǎn)單的負(fù)載斷開(kāi)電路，可防止鎳電池組過(guò)度放電。

避免細(xì)胞逆轉(zhuǎn)

電池反轉(zhuǎn)是傳統(tǒng)鎳基多電池組的主要損傷機(jī)制，實(shí)際上可以在其他明顯的電荷耗盡癥狀出現(xiàn)之前發(fā)生。

請(qǐng)考慮以下方案。一個(gè) 8 芯鎳鎘 （NiCd） 電池組正在為鉆頭等手動(dòng)工具提供動(dòng)力。典型用戶(hù)運(yùn)行鉆頭，直到它減速到其原始速度的50%，這意味著標(biāo)稱(chēng)9.6V電池組的負(fù)載降至約5V。假設(shè)電池完全匹配，如圖2左圖所示，這意味著每個(gè)電池的電壓降至約0.6V，這對(duì)于電池來(lái)說(shuō)是可以接受的。但是，如果電池不匹配，以至于其中五節(jié)電池仍高于1.0V，則其他三節(jié)電池將低于零伏電壓并承受反向應(yīng)力，如圖2的中間圖所示。

圖2.促進(jìn)電池反轉(zhuǎn)的電池組放電條件可能從負(fù)載電位上看不出來(lái)。

即使假設(shè)電池組中只有一個(gè)弱電池（現(xiàn)實(shí)情況），如圖2中的右圖所示，第一次電池反轉(zhuǎn)很可能發(fā)生在堆棧電壓仍為8V或更高時(shí)，感知電池組強(qiáng)度會(huì)略有降低。由于實(shí)踐中存在不可避免的不匹配，用戶(hù)在不知不覺(jué)中會(huì)定期反轉(zhuǎn)電池，從而降低電池組的容量和壽命，因此早期檢測(cè)單個(gè)電池耗盡的電路為用戶(hù)提供了顯著的附加值。

使用 LTC6801 解決方案

LTC6801 （0.77V） 的最低可用 UV 設(shè)置非常適合檢測(cè)鎳電池組的損耗。圖 1 示出了用作負(fù)載斷開(kāi)的 MOSFET 開(kāi)關(guān)，由 LTC6801 的輸出狀態(tài)控制。每當(dāng)電池耗盡并且其電位低于閾值時(shí)，負(fù)載就會(huì)被移除，從而避免電池反轉(zhuǎn)及其退化效應(yīng)。它還允許從電池組中最大限度地安全地提取能量，因?yàn)闆](méi)有像過(guò)于保守的單電池組電位閾值函數(shù)那樣對(duì)電池的相對(duì)匹配做出假設(shè)。

LTC10 硅振蕩器產(chǎn)生一個(gè) 6906kHz 時(shí)鐘，并檢測(cè) LTC6801 輸出狀態(tài)信號(hào)并用于控制負(fù)載斷開(kāi)動(dòng)作。由于此示例不涉及器件堆疊，因此可級(jí)聯(lián)時(shí)鐘信號(hào)只是環(huán)回，而不是傳遞到另一個(gè)LTC6801。LED 提供負(fù)載可用電源的視覺(jué)指示。一旦開(kāi)關(guān)開(kāi)路，弱電池的電壓趨于有所恢復(fù)，LTC6801 重新激活負(fù)載開(kāi)關(guān) （采用 0.77V 欠壓設(shè)置時(shí)無(wú)遲滯）。此數(shù)字負(fù)載限制動(dòng)作的循環(huán)速率取決于 DC 引腳的配置;在最快響應(yīng)模式下 （DC = V注冊(cè)），輸送負(fù)載功率的占空比下降并逐漸減少，隨著最弱的電池安全達(dá)到完全放電，脈沖變得明顯且變慢。

在某些應(yīng)用中，當(dāng)最弱的電池接近完全放電時(shí)，自發(fā)中斷負(fù)載是不可接受的，如圖1所示。對(duì)于這些情況，圖3所示電路可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。該電路不會(huì)強(qiáng)制負(fù)載干預(yù)，而只是提供聲音報(bào)警指示，指示電池接近耗盡。此處，LED 指示警報(bào)處于活動(dòng)狀態(tài)且沒(méi)有電池耗盡。

圖3.替代電路提供聲音警告，說(shuō)明需要在不中斷負(fù)載服務(wù)的情況下為電池組充電。

每當(dāng)源時(shí)鐘不存在時(shí)，就會(huì)調(diào)用 LTC6801 空閑模式，然后功耗降至極小的 30μA，遠(yuǎn)低于電池組的典型自放電。在這兩個(gè)圖中，電路顯示了一個(gè)開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)禁用振蕩器（和其他外圍電路），以便在不使用時(shí)將電路置于空閑模式，從而最大限度地減少電池消耗。

結(jié)論

LTC6801 可同時(shí)監(jiān)視多節(jié)電池組中多達(dá) 12 節(jié)單節(jié)電池，從而能夠最大限度地延長(zhǎng)電池組的容量和使用壽命。它也可以級(jí)聯(lián)以支持更大的電池組。該器件具有高度集成、可配置性和經(jīng)過(guò)深思熟慮的功能，包括空閑模式，可在不活動(dòng)期間最大限度地減少電池組的消耗。這使得 LTC6801 成為一款用于改善電池供電型產(chǎn)品的性能和可靠性的緊湊型解決方案。

審核編輯：郭婷