隨著環(huán)境和能源問題日益嚴峻，電動汽車及混合動力汽車(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(huán)節(jié)，但其單體端電壓及容量都較小，比如廣泛應用的磷酸鐵鋰(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。目前國內的電池組監(jiān)控設備存在兩大問題：一是電池電壓檢測精度不高，二是電池組均衡控制的實現較復雜。針對這些問題，本文應用Linear Technology 公司新推出的電池組監(jiān)控芯片LTC6802,設計了一套面向鋰離子電池組的硬件監(jiān)控平臺。該平臺設計實現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12 個串聯(lián)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直接將芯片串聯(lián)的方式來實現對更多串聯(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5~8 mV;(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)1 MHz 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組系統(tǒng)的監(jiān)控。

2 電池組監(jiān)控平臺設計

2.1 電池監(jiān)控系統(tǒng)整體結構

電池組監(jiān)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(lián)電池組的被動均衡控制;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 還用于實現電池包節(jié)點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 通信網絡。

圖1 電池組監(jiān)控平臺整體結構

2.2 LTC6802 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,其主要功能是進行電流和溫度采集、接收來自LTC6802 的信息并將電池包組態(tài)信息發(fā)送到分布式CAN 通信網絡中。

圖2 LTC6802 與MCU 的連接電路

LTC6802 可通過其自身與SPI 兼容的串行接口實現與MCU 的通信。對于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(wěn)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包組態(tài)信息發(fā)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(tài)電壓抑制芯片PSM712.

2.3 電壓采集及均衡電路設計

LTC6802 最主要的功能是實現對電池組內單體電壓的檢測以及在單體過壓狀態(tài)下的均衡控制。LTC6802 具有12 位ADC,可實現對多達12 節(jié)串聯(lián)單體的電壓檢測，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(huán)節(jié)。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.

對于串聯(lián)電池組中的單體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 出現過壓時，Q1 將導通對其放電，放出的電能會消耗在電阻R1 上。

2.4 溫度采集電路設計

電池包節(jié)點溫度也是組態(tài)信息中的重要參數。在本平臺中，節(jié)點溫度的檢測由MCU 實現，設計每個單體取一個節(jié)點，共計可實現對12 個節(jié)點的溫度檢測。溫度采集電路如圖4 所示，圖中給出了節(jié)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 濾波及限幅處理后輸入到MCU 的AD 輸入端，節(jié)點溫度采集得以實現。

圖3 電壓采集及均衡電路

圖4 溫度采集電路

3 結論

本文基于電池監(jiān)控芯片LTC6802 以及Freescale 系列微控制器MC9S08DZ60,設計了一套面向串聯(lián)鋰離子電池組的監(jiān)控平臺。論文結合芯片特點及平臺應用場合，分別對電壓檢測電路、均衡控制電路、溫度采集電路、SPI 通信及CAN 通信電路進行了具體的設計。該平臺充分利用了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(tǒng)的電池監(jiān)控電路存在的電壓采集精度差和電路結構復雜的問題?？梢詳嘌?， 在EV/HEV 產業(yè)中，這種基于LTC6802 的電池組監(jiān)控平臺具有很強的應用價值和良好的應用前景。