如果允許任何一節或幾節電池過(guò)度放電，那么可再充電電池組的性能就會(huì )過(guò)早地發(fā)生劣化。當電池組變至完全放電狀態(tài)時(shí)，最弱的那一節或幾節電池的 ILOAD•RINTERNAL 電壓降將會(huì )超過(guò)內部 VCELL 化學(xué)電勢，而且電池端子電壓將變至負值 (相對于標準電壓)。在這種情況下，不可逆的化學(xué)過(guò)程將開(kāi)始，從而改變起初提供電池的電荷存儲能力的內部材料特性，因此該節電池隨后的充電周期將不會(huì )保持原始內能。此外，一旦某節電池被損壞，則它在后續使用過(guò)程中遭受極性反轉的可能性較大，進(jìn)而導致問(wèn)題的惡化并急速縮短電池組的有效循環(huán)壽命。
當采用基于鎳的電池化學(xué)組成時(shí)，一組串接電池的過(guò)度放電不一定會(huì )造成某種安全危害，但是，早在用戶(hù)察覺(jué)到性能的任何顯著(zhù)下降之前時(shí)常會(huì )發(fā)生一節或多節電池遭受極性反轉的現象。到那個(gè)時(shí)候再來(lái)修復電池組就太遲了。當采用能量存儲密度更高的鋰電池化學(xué)組成時(shí)，作為一項針對過(guò)熱或火情的安全措施，極性反轉是必須加以防止的。于是，對于確保長(cháng)久的電池組壽命 (以及使用鋰電池時(shí)的安全性) 來(lái)說(shuō)，監視各節電池的電壓是絕對必要的。
不妨考慮使用 LTC6801，這是一款專(zhuān)為應對上述特定問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的集成解決方案。LTC6801 能夠檢測多達 12 個(gè)串接電池組電池的過(guò)壓 (OV) 和欠壓 (UV) 情況，并利用可級聯(lián)的互連線(xiàn)來(lái)處理擴展的器件鏈，所有這些均無(wú)需借助任何的微處理器支持。
LTC6801 的特點(diǎn)
操作模式和可編程門(mén)限電平通過(guò)引腳搭接來(lái)設定�？商峁� 9 種 UV 設定值 (從 0.77V 至 2.88V) 和 9 種 OV 設定值 (從 3.7V 至 4.5V)。監視的電池數目可設定在 4 至 12 之間，而采樣速率可設定為 3 種不同的速度之一，旨在優(yōu)化功耗與檢測時(shí)間之間的關(guān)系。另外還提供了 3 種不同的遲滯設定值，以適應報警恢復功能電路的運轉狀態(tài)。
為了支持串接電池的擴展配置，故障信令通過(guò)在一個(gè)“堆疊”器件鏈中進(jìn)行電流隔離差分時(shí)鐘信號的雙向傳遞來(lái)發(fā)送，因而對施加在電池組上的負載噪聲提供了出色的免疫力。器件鏈中任何檢測到故障的器件都將中斷其輸出時(shí)鐘信號，于是，整個(gè)器件鏈中的任何故障指示均將傳播至堆棧中的“末端”器件。時(shí)鐘信號由一個(gè)專(zhuān)用 IC (例如：LTC6906) 或一個(gè)主控微處理器 (如果需要使用一個(gè)的話(huà)) 在堆棧的末端產(chǎn)生，并在情況正常時(shí)完整地通過(guò)器件鏈進(jìn)行循環(huán)。
在許多應用中，LTC6801 都被用作諸如 LTC6802 等更加精細復雜的采集系統的一個(gè)備用監視器 (例如：在混合動(dòng)力汽車(chē)中)。不過(guò)，它也非常適合用作面向較低成本產(chǎn)品 (比如：便攜式工具和后備電源) 的獨立型解決方案。由于 LTC6801 直接從它所監視的電池獲取其工作電源，因此每個(gè)器件的可用電池電壓范圍因電池的化學(xué)組成而改變，旨在提供運行該器件所需的電壓 —— 從大約 10V 至高達 50V 以上。該電壓范圍支持將 4~12 節鋰離子電池或 8~12 節鎳電池堆疊成組來(lái)使用。如圖 1 所示，采用 LTC6801 來(lái)監視一個(gè)鎳電池組 (含 8 節鎳電池) 并保護其免遭過(guò)度放電式的不當使用是非常簡(jiǎn)單的。請注意，盡管只有一個(gè)欠壓報警和鎳電池化學(xué)組成有關(guān)，但由于存在 OV 情況，因此在充電操作期間仍將對電池組供電連續性故障進(jìn)行檢測。
圖 1
避免電池反向
在基于鎳的傳統多節電池的電池組中，電池反向是一種主要的損壞機理，而且實(shí)際上早在其他明顯的電荷耗盡癥狀出現之前就有可能發(fā)生。
以下面的情形為例。一個(gè)含 8 節鎳鎘電池 (NiCd) 的電池組正在對諸如鉆孔器等手工工具進(jìn)行供電。普通用戶(hù)會(huì )使用鉆孔器直到其速度減緩至其初始速度的大概 50% 為止，這意味著(zhù)標稱(chēng)電壓為 9.6V 的電池組在加載運作之后下降至約 5V。假設各節電池完全匹配 (如圖 2 中左側的略圖所示)，則意味著(zhù)每節電池的電壓已經(jīng)運行到低至 0.6V 左右，這對于各節電池而言是可以接受的。然而，如果在電池中存在失配 (致使其中或許有 5 節電池的電壓仍在 1.0V 以上)，則其他 3 節電池的電壓將低于 0V 并經(jīng)受一個(gè)反向應力，如位于圖 2 中央的略圖所示。
圖 2
即使假設電池組中只有一節弱電池 (一種現實(shí)的情形)，如圖 2 中的右側略圖所示，第一個(gè)電池反向也很有可能在電池組電壓仍為 8V 或更高時(shí)發(fā)生，而僅能感知細微的電池組供電能力下降。由于實(shí)際上不可避免地存在的電池失配，用戶(hù)會(huì )在無(wú)意之中定期反轉電池，因而縮減了其電池組的容量和壽命。所以，一種能夠及早地檢測出某節電池電量耗盡的電路可為用戶(hù)提供重要的價(jià)值。
采用 LTC6801解決方案
LTC6801 的最低可用 UV 設定值 (0.77V) 非常適合于檢測鎳電池組的電量耗盡。圖 1 示出了一個(gè)被用作負載斷接裝置的 MOSFET 開(kāi)關(guān)，該 MOSFET 開(kāi)關(guān)受控于 LTC6801 的輸出狀態(tài)。當一節電池的電量耗盡、而且其電位降至門(mén)限以下時(shí)，則將負載拿掉，這樣就可以避免電池反向及其造成的性能劣化影響。它還允許從電池組安全地獲取最大的能量，因為并未就電池的相對匹配做任何假設，而在采用一個(gè)過(guò)分保守的單電池組電位門(mén)限函數時(shí)則有可能需要進(jìn)行這樣的假設。
一個(gè) 10kHz 時(shí)鐘由 LTC6906 硅振蕩器產(chǎn)生，而且 LTC6801 輸出狀態(tài)信號被檢測和用于控制負載斷接動(dòng)作。由于本例不涉及器件的堆疊，因此可級聯(lián)的時(shí)鐘信號被簡(jiǎn)單地回送，而不是傳遞至另一個(gè) LTC6801。一個(gè) LED 用于提供“可向負載供電”的視覺(jué)指示。當開(kāi)關(guān)開(kāi)路時(shí)，弱電池的電壓往往略有恢復，而 LTC6801 將重新啟動(dòng)負載開(kāi)關(guān) (采用 0.77V 欠壓設定值時(shí)無(wú)遲滯)。這種數字負載限制動(dòng)作的循環(huán)速率取決于 DC 引腳的配置；在最快速響應模式中 (DC = VREG)，輸送的負載功率的占空比下降并遞減至零，而當最弱的電池安全地到達一種完全放電狀態(tài)時(shí)，脈動(dòng)變得明顯且較為緩慢。
在某些應用中，當最弱的電池接近完全放電狀態(tài)時(shí) (如圖 1 所示)，自動(dòng)中斷負載是不能接受的。對于這些情況，圖 3 給出的電路或許是一種上佳的替代方案。該電路并不強制某種負載干預，而是簡(jiǎn)單地提供了一種用于告知電池電量接近耗盡的聲音報警指示。這里，LED 提供了這樣一條指示，即：“報警電路處于運行狀態(tài)且沒(méi)有電池耗盡”。
圖 3
當不存在源時(shí)鐘時(shí)，將調用一種 LTC6801 空閑模式，功耗隨后將降低至微乎其微的 30μA，遠遠低于電池組的典型自放電電流。在圖 1 和圖 3 這兩幅圖中，所示的電路均具有一個(gè)負責停用振蕩器 (及其他外圍電路) 的開(kāi)關(guān)，以在不使用電路時(shí)將其置于空閑模式，從而盡可能地減少電池的消耗。
結論
LTC6801 能同時(shí)監視一個(gè)多節電池的電池組中多達 12 個(gè)單獨的電池，從而使得能夠實(shí)現電池組容量和壽命的最大化。也可以將多個(gè) LTC6801 級聯(lián)起來(lái)使用以支持較大的電池組。該器件具有高集成度、可配置性和經(jīng)過(guò)深思熟慮的特點(diǎn)，包括一種用于最大限度地減少待用期間電池組消耗的空閑模式。這令 LTC6801 成為一款適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。
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