基于LTC6803的電動車鋰電池管理系統(tǒng)設(shè)計

摘 要

本文介紹了一種電動車鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計方案，采用電池管理芯片LTC6803進行信號采集，提高單體電池電壓檢測精度、縮短檢測時間，并實現(xiàn)對電池的均衡保護。電池管理系統(tǒng)對電池組實時動態(tài)監(jiān)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。

【關(guān)鍵詞】LTC6803 電動車 鋰電池 電池管理系統(tǒng)

1 引言

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(fā)展前景非常廣闊。電池管理系統(tǒng)是電動車的重要組成部分。隨著電動車行業(yè)的高速發(fā)展，其對電池管理系統(tǒng)的要求也是日益提高。信號采集單元作為電池管理系統(tǒng)的前端控制部分，采樣的快速精確是電池管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，直接影響整個系統(tǒng)的性能和精度。本設(shè)計方案選用電池管理芯片LTC6803采集電池的電壓信號，并利用其均衡功能設(shè)計均衡電路，通過SPI 與單片機交換數(shù)據(jù)，提高單體電池電壓檢測精度、縮短檢測時間，并實現(xiàn)對各串電芯的均衡保護。

2 電池管理系統(tǒng)的總體框架

電池管理系統(tǒng)主要由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、電流檢測模塊、繼電器控制模塊和CAN通信模塊等組成，如圖1所示。

本設(shè)計方案選用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(tǒng)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(guān)芯片CD4067B來實現(xiàn)8路溫度的采集，解決LTC6803只帶兩路溫度采集和擴展性差的問題。電流檢測模塊通過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(xiàn)掉電情況下對電池狀態(tài)監(jiān)控。通過高速、隔離CAN收發(fā)器與上位控制單元通信。電池管理系統(tǒng)能夠?qū)﹄姵亟M進行實時監(jiān)控，確保其電壓、電流和溫度等處于合理的狀態(tài)下，并綜合所采集到的電壓、電流和溫度等信息，統(tǒng)一處理分析并估算電池荷電狀態(tài)。在電池組的電壓、電流或溫度出現(xiàn)異常狀態(tài)時，系統(tǒng)通過繼電器控制模塊等及時切斷電路回路，保證安全。

3 基于LTC6803的軟硬件設(shè)計

3.1 電壓采集和均衡模塊設(shè)計

電池管理系統(tǒng)中電壓信號采集的準確性直接影響電池SOC估算的精度和對電池過壓、欠壓異常狀態(tài)的及時處理，同時也影響整個系統(tǒng)電池均衡控制的有效性。LTC6803是美國Linear Technology公司推出的一款多節(jié)電池監(jiān)視芯片，包含了ADC（12位）、電壓基準（精準型）、多路電池電壓輸入監(jiān)控、SPI串行通信接口等部分，能方便的實現(xiàn)對電池電壓的精確測量并易于設(shè)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，直到電壓恢復到允許的范圍，實現(xiàn)整組電池的均衡，如圖2。

每個LTC6803芯片可用來測量12 節(jié)串聯(lián)電池的電壓，并能通過SPI菊鏈方式實現(xiàn)多個芯片串聯(lián)，易于擴展和維護，且?guī)缀醪恍枰褂酶綦x器或者光耦合器進行信號隔離。

3.2 信號采集單元的軟件設(shè)計

電池管理系統(tǒng)信號采集單元的軟件設(shè)計，主要是為了實現(xiàn)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(shù)據(jù)信息傳輸，即以實現(xiàn)溫度信號傳輸為主的功能設(shè)置；第三，內(nèi)部電池包與整個控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸、通信功能。在以上三項功能設(shè)置上，相對最為復雜的是SPI總線通信的實現(xiàn)過程。在具體設(shè)計上，首先需要讀取電池信號，并對SPI、LTC6803等進行初始化設(shè)置。其中，SPI初始化即對引腳的功能、數(shù)據(jù)的傳輸格式和傳輸頻率予以初始化設(shè)置；而對LTC6803初始化是為了判斷寫CFGR寄存器是否成功。待初始化/設(shè)置寄存器之后，則使用已構(gòu)建成功并擁有通信傳輸功能的LTC6803來繼續(xù)讀取電池電壓，并由MCU來發(fā)送LTC6803地址。

4 結(jié)語

電池管理系統(tǒng)對電池組實時動態(tài)監(jiān)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(tǒng)，其信號采集單元性能穩(wěn)定、精度高，能夠為電池均衡、荷電狀態(tài)估算和電壓監(jiān)控提供精確數(shù)據(jù)。

參考文獻

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[2]陳仕俊，鄭敏信，滿慶豐.基于STM32和LTC6803的電池管理系統(tǒng)設(shè)計[J].電源技術(shù)，2015，39（02）：280-282.

作者簡介

王曦（1983），男，天津市人。研究生學歷。現(xiàn)為天津力神電池股份有限公司工程師。主要研究方向為電子電路。

作者單位

天津力神電池股份有限公司 天津市 300384