電池組監(jiān)控平臺設(shè)計

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 還用于實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)。

圖1 電池組監(jiān)控平臺整體結(jié)構(gòu)

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。

LTC6802 可通過其自身與SPI 兼容的串行接口實現(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。

此外，為了保證通信過程穩(wěn)定可靠，本設(shè)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(hù)器件PRTR5V0U4D 來實現(xiàn)。

MCU 的另一項任務(wù)是將電池包組態(tài)信息發(fā)送到CAN 通信網(wǎng)絡(luò)中。在此本設(shè)計選取了CAN 隔離驅(qū)動芯片ISO1050，見圖2 中的U1.為了進(jìn)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。

3、電壓采集及均衡電路設(shè)計

LTC6802 最主要的功能是實現(xiàn)對電池組內(nèi)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(xiàn)對多達(dá)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(fù)極分別接入芯片對應(yīng)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(qū)動輸出能力，該驅(qū)動輸出端內(nèi)置了10k 的上拉電阻，可用于驅(qū)動外部MOSFET。

對于串聯(lián)電池組中的單體n 而言，其對應(yīng)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(fù)極;Cn 和Cn-1 為LTC6802 電壓采集輸入端;DCn為LTC6802 的MOSFET 驅(qū)動輸出端。當(dāng)單體n 出現(xiàn)過壓。

4、溫度采集電路設(shè)計

電池包節(jié)點溫度也是組態(tài)信息中的重要參數(shù)。在本平臺中，節(jié)點溫度的檢測由MCU 實現(xiàn)，設(shè)計每個單體取一個節(jié)點，共計可實現(xiàn)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(shè)計中選取熱敏電阻RT103 作為溫度傳感原件，將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號;接著，電壓信號輸入模擬開關(guān)器件CD4067D，可通過MCU 配置其ABCD 四個控制端對輸入信號進(jìn)行選通，并由其公共端即管腳1 輸出;最后，模擬開關(guān)輸出的信號經(jīng)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(xiàn)。

結(jié)論

本文基于電池監(jiān)控芯片LTC6802 以及Freescale 系列微控制器MC9S08DZ60，設(shè)計了一套面向串聯(lián)鋰離子電池組的監(jiān)控平臺。論文結(jié)合芯片特點及平臺應(yīng)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(jìn)行了具體的設(shè)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(qiáng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。可以斷言， 在EV/HEV 產(chǎn)業(yè)中，這種基于LTC6802 的電池組監(jiān)控平臺具有很強(qiáng)的應(yīng)用價值和良好的應(yīng)用前景時，Q1 將導(dǎo)通對其放電，放出的電能會消耗在電阻R1 上。