基于LTC6802的電池組監(jiān)控平臺(tái)的電路設(shè)計(jì)

　應(yīng)用美國Linear Technology 公司推出的電池組監(jiān)控芯片LTC6802，設(shè)計(jì)了一套可用于鋰離子電池組的監(jiān)控平臺(tái)。該系統(tǒng)單板可實(shí)現(xiàn)對(duì)多達(dá)12 節(jié)串聯(lián)單體電池的監(jiān)控，可采用分布式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)更多單體的監(jiān)控。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能包括單體電壓采集、單體溫度采集、電池組被動(dòng)均衡以及分布式CAN 通信等。LTC6802 的主要特點(diǎn)在于其電壓采集精度高，并具有較高的集成度，在電池應(yīng)用設(shè)備中特別是在純電動(dòng)/ 混合動(dòng)力汽車中具有良好的應(yīng)用前景。

　　隨著環(huán)境和能源問題日益嚴(yán)峻，電動(dòng)汽車及混合動(dòng)力汽車（EV/HEV）已經(jīng)成為了當(dāng)今世界關(guān)注的焦點(diǎn)。蓄電池是EV的動(dòng)力環(huán)節(jié)，但其單體端電壓及容量都較小，比如廣泛應(yīng)用的磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池端電壓一般不超過3.65 V，因此常需多單體串并聯(lián)組合使用來滿足車輛的需求［1-3］。對(duì)于車載電池包而言，一個(gè)功能完備的監(jiān)控系統(tǒng)是非常必要的。目前國內(nèi)的電池組監(jiān)控設(shè)備存在兩大問題：一是電池電壓檢測精度不高，二是電池組均衡控制的實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。針對(duì)這些問題，本文應(yīng)用Linear Technology 公司新推出的電池組監(jiān)控芯片LTC6802，設(shè)計(jì)了一套面向鋰離子電池組的硬件監(jiān)控平臺(tái)。該平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能包括單體電壓/ 溫度檢測、電池組均衡以及分布式CAN 通信等。

　　1 電池組監(jiān)控芯片LTC6802 簡介

　　LTC6802-1 是一款專門用于電池組監(jiān)控的芯片，每片可以檢測多達(dá)12 個(gè)串聯(lián)連接的單體電池電壓，輸入總電壓高達(dá)60V，可以通過分布式總線結(jié)構(gòu)或直接將芯片串聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)更多串聯(lián)單體電池的電壓檢測。此外，LTC6802-1 還具有以下特性：

　　（1）具有12 位ADC，電壓采集精度高，可達(dá)5~8 mV;（2）具有被動(dòng)均衡功能，可通過片內(nèi)（或外部擴(kuò)展的）MOSFET開關(guān)對(duì)過壓的單體進(jìn)行放電；（3）1 MHz 可與SPI 兼容的串行通信接口；（4）具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。

　　總的來看，LTC6802 具有較全面的電池組監(jiān)控功能，芯片集成度高，并具有較高的電壓采集精度，主要應(yīng)用場合除了EV/HEV 以外，還包括高功率便攜設(shè)備電源管理以及備用電池組系統(tǒng)的監(jiān)控。

　　2 電池組監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　2.1 電池監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

　　電池組監(jiān)控平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。本平臺(tái)設(shè)計(jì)采用分布式CAN 總線結(jié)構(gòu)，首先，LTC6802 用于實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電壓的采集以及串聯(lián)電池組的被動(dòng)均衡控制；主控芯片負(fù)責(zé)接收來自LTC6802 的電壓采集信息，并對(duì)LTC6802 的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，此外MCU 還用于實(shí)現(xiàn)電池包節(jié)點(diǎn)溫度以及電流的采集；最后MCU 將電池包的組態(tài)信息發(fā)送到CAN 通信網(wǎng)絡(luò)。

　　圖1 電池組監(jiān)控平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)

　　2.2 LTC6802 與MCU 的連接電路設(shè)計(jì)

　　LTC6802 的外圍電路及其與微控制器之間的連接電路如圖2 所示。本電路中MCU 選取的是Freescale 系列單片機(jī)MC9S08DZ60，其主要功能是進(jìn)行電流和溫度采集、接收來自LTC6802 的信息并將電池包組態(tài)信息發(fā)送到分布式CAN 通信網(wǎng)絡(luò)中。

　　圖2 LTC6802 與MCU 的連接電路

　　LTC6802 可通過其自身與SPI 兼容的串行接口實(shí)現(xiàn)與MCU 的通信。對(duì)于LTC6802 而言，CSBI 為片選信號(hào)；SDO 為串行數(shù)據(jù)輸出；SDI 為串行數(shù)據(jù)輸入；SCKI 為串行時(shí)鐘輸入。