基于LTC6802的磷酸铁锂电池采集系统

　　引言

　　随着新能源和环境污染问题在全球经济发展过程中被高度关注，作为清洁能源的动力电池越来越受到重视。磷酸铁锂动力电池以其寿命长、使用安全、可大电流2C快速充放电、耐高温、容量大、无记忆效应、绿色环保的优点在工业和交通领域得到了快速应用。电池的工作状态是应用中的关键环节，基于嵌入式技术的动力电池状态智能采集系统也成了技术研究的热点。传统的电池工作状态采集芯片支持的锂电芯串联只数较少，例如广泛应用于笔记本电池电芯工作状态采集的bq2060、bq2085最多支持4只锂电芯串联。而动力电池多作为动力源应用，一般要100只左右电芯串联，例如纯电动客车电池需要108只磷酸铁锂电芯串联。若采用传统的电池工作状态采集芯片，所需芯片的数量将很大，会大大增加成本。所以世界上著名的芯片制造商都开始开发支持十几只锂电芯串联的采集芯片。Linear公司开发的LTC6802是一种专用的电池状态监测芯片，能测量高达12只串联电芯电压，13 ms完成所有电芯电压检测，整体测量误差小于0.25%，具有高电磁兼容能力、低功耗的优点。

　　本文采用LTC6802采集12只串联电芯电压。微处理器MC9S08DZ32利用SPI总线读取LTC6802采集的串联电芯的电压，并控制LTC6802对任意一只电芯进行均衡。同时，利用内置ADC对12只串联电芯的表面温度进行采集，通过CAN总线将采集到的12只电芯的电压、温度以及均衡状态上传到上级控制系统，实时监测12只电芯的工作状态。以此为基本系统，利用多个基本系统实现对大数量电池串联构成的电池组的状态监测。

　　1 系统组成和工作原理

　　1.1 系统组成

　　本文研究的串联磷酸铁锂动力电池组采集系统能够实现12只动力电池的在线监测。该系统包括以LTC6802为核心的电芯电压采集和均衡部分，以及以MC9S08DZ32为核心的温度采集和CAN总线通信部分，如图1所示。

　　1.2 工作原理

　　监测系统应用LTC6802采集连接其上的12只电芯的电压，使用SPI总线完成MC9S08DZ32和LTC6802的通信，读取采集到的电压值。通过紧贴在每只电池外壳上的热敏电阻NTC来获取12只电芯的表面温度，并根据读取到的12只电芯的电压、温度决定12只电芯的均衡电路的开关，通过SPI设置LTC6802相应寄存器来启动关闭均衡。整个系统由嵌入式芯片实现集中控制和动力电池组的在线监测。

　　2 系统硬件设计

　　2.1 电压采集和均衡部分

　　电压采集部分以LTC6802为核心。LTC6802是Linear公司推出的一款完整的电池监视IC，它内置1个12位ADC、1个精准电压基准、1个高电压输入多工器和1个串行接口。每个LTC6802能够在输入共模电压高达60 V的情况下测量多达12个串接电池的电压，而且可把多个LTC6802器件串联起来以监视长串串接电池中每节电池的电压。通过运用一个独特的电平移位串行接口，能够把多个器件以菊链式连接起来，无需使用光耦合器或光隔离器。每个电池输入均具有一个相关联的MOSFET开关，用于对过充电电池进行放电。单片机可以通过SPI总线从LTC6802读取数据，并控制相应电池输入的MOSFET的导通和关闭，以实现电芯均衡。为了保护LTC6802电压采集引脚，防止电压高出最大输入电压，在每一个电芯采集输入端口并联一个6.2 V稳压管，并在每个电压采集引脚前加阻容滤波电路，从而有效地滤除高频干扰，保证电压采集的正确性。磷酸铁锂动力电池组采集系统的采集电路如图2所示。