基于LTC6802的電池組監(jiān)控平臺的電路設(shè)計
應(yīng)用美國Linear Technology 公司推出的電池組監(jiān)控芯片LTC6802,設(shè)計了一套可用于鋰離子電池組的監(jiān)控平臺。該系統(tǒng)單板可實(shí)現(xiàn)對多達(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)對更多單體的監(jiān)控。本系統(tǒng)設(shè)計實(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/ 混合動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,電動汽車及混合動力汽車(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]。對于車載電池包而言,一個功能完備的監(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)計了一套面向鋰離子電池組的硬件監(jiān)控平臺。該平臺設(shè)計實(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)具有被動均衡功能,可通過片內(nèi)(或外部擴(kuò)展的)MOSFET開關(guān)對過壓的單體進(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)控平臺設(shè)計
2.1 電池監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
電池組監(jiān)控平臺的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。本平臺設(shè)計采用分布式CAN 總線結(jié)構(gòu),首先,LTC6802 用于實(shí)現(xiàn)對單體電壓的采集以及串聯(lián)電池組的被動均衡控制;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)控平臺整體結(jié)構(gòu)
2.2 LTC6802 與MCU 的連接電路設(shè)計
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。對于LTC6802 而言,CSBI 為片選信號;SDO 為串行數(shù)據(jù)輸出;SDI 為串行數(shù)據(jù)輸入;SCKI 為串行時鐘輸入。
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