如果允許任何電池過度放電，可充電電池組的性能會過早下降。當(dāng)電池組完全放電時，最弱電池的ILOAD ? RIN內(nèi)部壓降可能會超過內(nèi)部VCELL化學(xué)電位，并且電池端子電壓相對于正常電壓變?yōu)樨摗Ｔ谶@種情況下，不可逆的化學(xué)過程開始改變最初提供電池電荷存儲能力的內(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)，加劇問題并迅速縮短電池組的有用循環(huán)壽命。

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

LTC6801專為解決這些特定問題而開發(fā)。LTC6801 能夠檢測多達 <> 節(jié)串聯(lián)電池的單個電池過壓 （OV） 和欠壓 （UV） 情況，并具有可級聯(lián)互連以處理擴展的器件鏈，所有這些都獨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，以優(yōu)化功耗與檢測時間的關(guān)系。還提供三種不同的遲滯設(shè)置，以定制報警恢復(fù)的行為。

為了支持串聯(lián)電池的擴展配置，故障信號通過在“堆疊”器件鏈中雙向傳遞電氣隔離的差分時鐘信號來傳輸，從而對電池組上的負載噪聲提供出色的抗擾度。鏈中的任何設(shè)備檢測到故障都會停止其輸出時鐘信號，因此整個鏈中的任何故障指示都會傳播到堆棧中的“底部”設(shè)備。時鐘信號由專用 IC（如 LTC6906）或主機微處理器（如果涉及）在堆棧底部發(fā)出，并在條件正常時完全環(huán)路穿過鏈。

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，在混合動力汽車中）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，因此每個器件的可用電池范圍因化學(xué)性質(zhì)而異，以便提供運行該器件所需的電壓 — 從大約 10V 到超過 50V。該系列支持 4-12 個鋰離子電池或 8-12 個鎳基電池的分組。圖1顯示了如何簡單地監(jiān)控8節(jié)鎳電池組，防止濫用過放電。請注意，只有欠壓警報與鎳化學(xué)成分相關(guān)，盡管在充電期間仍會因存在OV條件而檢測到電池組連續(xù)性故障。

圖1.簡單的負載斷開電路，可防止鎳電池組過度放電。

避免細胞逆轉(zhuǎn)

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

請考慮以下方案。一個 8 芯鎳鎘 （NiCd） 電池組正在為鉆頭等手動工具提供動力。典型用戶運行鉆頭，直到它減速到其原始速度的50%，這意味著標稱9.6V電池組的負載降至約5V。假設(shè)電池完全匹配，如圖2左圖所示，這意味著每個電池的電壓降至約0.6V，這對于電池來說是可以接受的。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.促進電池反轉(zhuǎn)的電池組放電條件可能從負載電位上看不出來。

即使假設(shè)電池組中只有一個弱電池（現(xiàn)實情況），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，感知電池組強度會略有降低。由于實踐中存在不可避免的不匹配，用戶在不知不覺中會定期反轉(zhuǎn)電池，從而降低電池組的容量和壽命，因此早期檢測單個電池耗盡的電路為用戶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)置非常適合檢測鎳電池組的損耗。圖 1 示出了用作負載斷開的 MOSFET 開關(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，負載就會被移除，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，因為沒有像過于保守的單電池組電位閾值函數(shù)那樣對電池的相對匹配做出假設(shè)。

LTC10 硅振蕩器產(chǎn)生一個 6906kHz 時鐘，并檢測 LTC6801 輸出狀態(tài)信號并用于控制負載斷開動作。由于此示例不涉及器件堆疊，因此可級聯(lián)時鐘信號只是環(huán)回，而不是傳遞到另一個LTC6801。LED 提供負載可用電源的視覺指示。一旦開關(guān)開路，弱電池的電壓趨于有所恢復(fù)，LTC6801 重新激活負載開關(guān) （采用 0.77V 欠壓設(shè)置時無遲滯）。此數(shù)字負載限制動作的循環(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），輸送負載功率的占空比下降并逐漸減少，隨著最弱的電池安全達到完全放電，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，自發(fā)中斷負載是不可接受的，如圖1所示。對于這些情況，圖3所示電路可能是一個不錯的選擇。該電路不會強制負載干預(yù)，而只是提供聲音報警指示，指示電池接近耗盡。此處，LED 指示警報處于活動狀態(tài)且沒有電池耗盡。

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

每當(dāng)源時鐘不存在時，就會調(diào)用 LTC6801 空閑模式，然后功耗降至極小的 30μA，遠低于電池組的典型自放電。在這兩個圖中，電路顯示了一個開關(guān)，該開關(guān)禁用振蕩器（和其他外圍電路），以便在不使用時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 可同時監(jiān)視多節(jié)電池組中多達 12 節(jié)單節(jié)電池，從而能夠最大限度地延長電池組的容量和使用壽命。它也可以級聯(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)過深思熟慮的功能，包括空閑模式，可在不活動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