行業技術：基于LTC6802電池包監控平臺的電路設計

使用美國LinearTechnology公司推出的電池包監控芯片LTC6802，設計了一套可用于鋰電池包的監控平臺。該系統單板可實現對多達12節串聯單體電池的監控，可采用分布式結構實現對更多單體的監控。本系統設計實現的功能包括單體電壓采集、單體溫度采集、電池包被動均衡以及分布式CAN通信等。LTC6802的緊要特點在于其電壓采集精度高，并具有較高的集成度，在電池使用設備中特別是在純電動/混合動力汽車中具有良好的使用前景。

隨著環境和能源問題日益嚴峻，電動車及混合動力汽車(EV/HEV)已經成為了當今世界關注的焦點。蓄電池是EV的動力環節，但其單體端電壓及容量都較小，比如廣泛使用的磷酸鐵鋰(LiFepO4)電池端電壓一般不超過3.65V，因此常需多單體串并聯組合使用來滿足車輛的需求[1-3]。關于車載電池組而言，一個功能完備的監控系統是非常必要的。目前國內的電池包監控設備存在兩大問題：一是電池電壓測試精度不高，二是電池包均衡控制的實現較復雜。針對這些問題，本文使用LinearTechnology公司新推出的電池包監控芯片LTC6802，設計了一套面向鋰電池包的硬件監控平臺。該平臺設計實現的功能包括單體電壓/溫度測試、電池包均衡以及分布式CAN通信等。

電池包監控芯片LTC6802簡介

LTC6802-1是一款專門用于電池包監控的芯片，每片可以測試多達12個串聯連接的單體電池電壓，輸入總電壓高達60V，可以通過分布式總線結構或筆直將芯片串聯的方式來實現對更多串聯單體電池的電壓測試。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5~8mV;(2)具有被動均衡功能，可通過片內(或外部擴展的)MOSFET開關對過壓的單體進行放電;(3)1MHz可與SpI兼容的串行通信接口;(4)具有較強的抗電磁干擾能力。

總的來看，LTC6802具有較全面的電池包監控功能，芯片集成度高，并具有較高的電壓采集精度，緊要使用場合除了EV/HEV以外，還包括高功率便攜設備電源管理以及備用電池包系統的監控。

電池包監控平臺設計

2.1電池監控系統整體結構

電池包監控平臺的整體結構如圖1所示。本平臺設計采用分布式CAN總線結構，首先，LTC6802用于實現對單體電壓的采集以及串聯電池包的被動均衡控制;主控芯片負責接收來自LTC6802的電壓采集信息，并對LTC6802的相關參數進行設置，此外MCU還用于實現電池組節點溫度以及電流的采集;最后MCU將電池組的組態信息發送到CAN通信網絡。

2.2LTC6802與MCU的連接電路設計

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MC9S08DZ60，其緊要功能是進行電流和溫度采集、接收來自LTC6802的信息并將電池組組態信息發送到分布式CAN通信網絡中。

LTC6802可通過其自身與SpI兼容的串行接口實現與MCU的通信。關于LTC6802而言，CSBI為片選信號;SDO為串行數據輸出;SDI為串行數據輸入;SCKI為串行時鐘輸入。

此外，為了保證通信過程穩定可靠，本設計中還引入了靜電干擾抑制電路，見圖2中的D7-D15.該電路由8個二極管和一個齊納二極管組成，實際也可以采用專用的ESD靜電保護器件pRTR5V0U4D來實現。

MCU的另一項任務是將電池組組態信息發送到CAN通信網絡中。在此本設計選取了CAN隔離驅動芯片ISO1050，見圖2中的U1.為了進一步提高CAN通信的抗干擾性能，在平臺的CAN輸出端還采用了瞬態電壓抑制芯片pSM712.

2.3電壓采集及均衡電路設計

LTC6802最緊要的功能是實現對電池包內單體電壓的測試以及在單體過壓狀態下的均衡控制。LTC6802具有12位ADC，可實現對多達12節串聯單體的電壓測試，芯片外圍的電壓采集電路也比較簡單，只需將單體的正負極分別接入芯片對應的單體電壓輸入端即可，為了抑制電壓信號中的高頻噪聲，電路中還加入了RC低通濾波環節。此外，LTC6802還具有MOSFET驅動輸出能力，該驅動輸出端內置了10k的上拉電阻，可用于驅動外部MOSFET.

關于串聯電池包中的單體n而言，其對應的電壓采集電路和均衡控制電路如圖3所示，其中上圖為電壓采集電路，下圖為均衡控制電路。圖中CELLn和CELLn-1分別接到單體n的正極和負極;Cn和Cn-1為LTC6802電壓采集輸入端;DCn為LTC6802的MOSFET驅動輸出端。當單體n出現過壓

2.4溫度采集電路設計

電池組節點溫度也是組態信息中的緊要參數。在本平臺中，節點溫度的測試由MCU實現，設計每個單體取一個節點，共計可實現對12個節點的溫度測試。溫度采集電路如圖4所示，圖中給出了節點1的連接電路。首先，設計中選取熱敏電阻RT103作為溫度傳感原件，將溫度信號轉換為電壓信號;接著，電壓信號輸入模擬開關器件CD4067D，可通過MCU配置其ABCD四個控制端對輸入信號進行選通，并由其公共端即管腳1輸出;最后，模擬開關輸出的信號經RC濾波及限幅解決后輸入到MCU的AD輸入端，節點溫度采集得以實現。

結論

本文基于電池監控芯片LTC6802以及Freescale系列微控制器MC9S08DZ60，設計了一套面向串聯鋰電池包的監控平臺。論文結合芯片特點及平臺使用場合，分別對電壓測試電路、均衡控制電路、溫度采集電路、SpI通信及CAN通信電路進行了詳盡的設計。該平臺充足利用了LTC6802集成度高、電壓采集精度高以及抗干擾能力強的特點，很大程度上改善了傳統的電池監控電路存在的電壓采集精度差和電路結構復雜的問題。可以斷言，在EV/HEV產業中，這種基于LTC6802的電池包監控平臺具有很強的使用價值和良好的使用前景時，Q1將導通對其放電，放出的電能會消耗在電阻R1上。

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