基于LTC6803的電動車鋰電池管理系統設計

近年來，我國的霧霾天氣越發嚴重，而霧霾的罪魁禍首之一就是汽車燃油尾氣，研究和發展太陽能、風能等新型清潔能源成為汽車工業的必然趨勢。電動自行車電池的安全性、耐用性一直是制約電動車發展的一個關鍵因素，而電池的關鍵在于其。

鋰電池電動車作為一種新興的交通工具，能源利用高、無排放、噪聲小，市場發展前景非常廣闊。電池管理系統是電動車的緊要組成部分。隨著電動車行業的高速發展，其對電池管理系統的要求也是日益提高。信號采集單元作為電池管理系統的前端控制部分，采樣的快速精確是電池管理系統的基礎，筆直影響整個系統的性能和精度。本設計辦法選用電池管理芯片LTC6803采集電池的電壓信號，并利用其均衡功能設計均衡電路，通過SpI與單片機交換數據，提高單體電池電壓測試精度、縮短測試時間，并實現對各串電芯的均衡保護。

電池管理系統的總體框架

電池管理系統緊要由12V供電模塊、單片機控制模塊、LTC6803電壓采集和均衡模塊、溫度采集模塊、電流測試模塊、繼電器控制模塊和CAN通信模塊等組成，如圖1所示。本設計辦法選用LTC6803專用采集芯片進行電池電壓信號的采集，簡化了硬件電路和布線，并使整個系統具有開放性和擴展性。溫度采集模塊采用熱敏電阻NTC（104F-4150F）配合16路選擇開關芯片CD4067B來實現8路溫度的采集，處理LTC6803只帶兩路溫度采集和擴展性差的問題。電流測試模塊通過LEM霍爾傳感器對母線電流進行精確采樣。采用12V單獨供電模塊給MCU供電，實現掉電情況下對電池狀態監控。通過高速、隔離CAN收發器與上位控制單元通信。電池管理系統能夠對電池包進行實時監控，確保其電壓、電流和溫度等處于合理的狀態下，并綜合所采集到的電壓、電流和溫度等信息，統一解決分解并估算電池荷電狀態。在電池包的電壓、電流或溫度出現異常狀態時，系統通過繼電器控制模塊等及時切斷電路回路，保證安全。

基于LTC6803的軟硬件設計。電壓采集和均衡模塊設計

電池管理系統中電壓信號采集的準確性筆直影響電池SOC估算的精度和對電池過壓、欠壓異常狀態的及時解決，同時也影響整個系統電池均衡控制的有效性。LTC6803是美國LinearTechnology公司推出的一款多節電池監視芯片，蘊含了ADC（12位）、電壓基準（精準型）、多路電池電壓輸入監控、SpI串行通信接口等部分，能方便的實現對電池電壓的精確測量并易于設計均衡控制電路。通過將一個分立的pMOS器件及電阻連接到電池，并將柵極引出線連接至LTC6803的S引腳，就可在電池電壓偏差較大時，通過控制S端的開斷來控制MOS的導通，對電壓較高的電池進行放電，直到電壓恢復到準許的范圍，實現整組電池的均衡，如圖2。

每個LTC6803芯片可用來測量12節串聯電池的電壓，并能通過SpI菊鏈方式實現多個芯片串聯，易于擴展和維護，且幾乎不要使用隔離器或者光耦合器進行信號隔離。

信號采集單元的軟件設計

電池管理系統信號采集單元的軟件設計，緊要是為了實現以下三點功能。

第一，LTC6803與MCU之間的功能銜接，即SpI總線通信功能；

第二，MCU與CD4067B兩者相互之間的數據信息傳輸，即以實現溫度信號傳輸為主的功能設置；

第三，內部電池組與整個控制單元之間的數據傳輸、通信功能。

在以上三項功能設置上，相對最為復雜的是SpI總線通信的實現過程。在詳盡設計上，首先要讀取電池信號，并對SpI、LTC6803等進行初始化設置。其中，SpI初始化即對引腳的功能、數據的傳輸格式和傳輸頻率予以初始化設置；而對LTC6803初始化是為了判斷寫CFGR寄存器是不是成功。待初始化/設置寄存器之后，則使用已構建成功并擁有通信傳輸功能的LTC6803來持續讀取電池電壓，并由MCU來發送LTC6803地址。

電池管理系統對電池包實時動態監控，具有充放電保護，電壓均衡，SOC計算等功能，從而保證鋰電池的安全使用并延長使用壽命，對提高電動車性能有重大意義。基于LTC6803的電池管理系統，其信號采集單元性能穩定、精度高，能夠為電池均衡、荷電狀態估算和電壓監控供應精確數據。

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