一种基于LTC6802的电池组监控平台的电路设计

应用美国LinearTechnology公司推出的电池组监控芯片LTC6802，设计了一套可用于锂离子电池组的监控平台。该系统单板可实现对多达12节串联单体电池的监控，可采用分布式结构实现对更多单体的监控。本系统设计实现的功能包括单体电压采集、单体温度采集、电池组被动均衡以及分布式CAN通信等。LTC6802的重要特点在于其电压采集精度高，并具有较高的集成度，在电池应用设备中特别是在纯电动/混合动力汽车中具有良好的应用前景。

随着环境和能源问题日益严峻，电动汽车及混合动力汽车(EV/HEV)已经成为了当今世界关注的焦点。蓄电池是EV的动力环节，但其单体端电压及容量都较小，比如广泛应用的磷酸铁锂(LiFepO4)电池端电压一般不超过3.65V，因此常需多单体串并联组合使用来满足车辆的需求。关于车载电池包而言，一个功能完备的监控系统是非常必要的。目前国内的电池组监控设备存在两大问题：一是电池电压检测精度不高，二是电池组均衡控制的实现较复杂。针对这些问题，本文应用LinearTechnology公司新推出的电池组监控芯片LTC6802，设计了一套面向锂离子电池组的硬件监控平台。该平台设计实现的功能包括单体电压/温度检测、电池组均衡以及分布式CAN通信等。

电池组监控芯片LTC6802简介

LTC6802-1是一款专门用于电池组监控的芯片，每片可以检测多达12个串联连接的单体电池电压，输入总电压高达60V，可以通过分布式总线结构或直接将芯片串联的方式来实现对更多串联单体电池的电压检测。此外，LTC6802-1还具有以下特性：

(1)具有12位ADC，电压采集精度高，可达5~8mV；(2)具有被动均衡功能，可通过片内(或外部扩展的)MOSFET开关对过压的单体进行放电；(3)1MHz可与SpI兼容的串行通信接口；(4)具有较强的抗电磁干扰能力。

总的来看，LTC6802具有较全面的电池组监控功能，芯片集成度高，并具有较高的电压采集精度，重要应用场合除了EV/HEV以外，还包括高功率便携设备电源管理以及备用电池组系统的监控。

电池组监控平台设计

1、电池监控系统整体结构

电池组监控平台的整体结构如图1所示。本平台设计采用分布式CAN总线结构，首先，LTC6802用于实现对单体电压的采集以及串联电池组的被动均衡控制；主控芯片负责接收来自LTC6802的电压采集信息，并对LTC6802的相关参数进行设置，此外MCU还用于实现电池包节点温度以及电流的采集；最后MCU将电池包的组态信息发送到CAN通信网络。

图1电池组监控平台整体结构

2、LTC6802与MCU的连接电路设计

LTC6802的外围电路及其与微控制器之间的连接电路如图2所示。本电路中MCU选取的是Freescale系列单片机MC9S08DZ60，其重要功能是进行电流和温度采集、接收来自LTC6802的信息并将电池包组态信息发送到分布式CAN通信网络中。

LTC6802可通过其自身与SpI兼容的串行接口实现与MCU的通信。关于LTC6802而言，CSBI为片选信号；SDO为串行数据输出；SDI为串行数据输入；SCKI为串行时钟输入。

此外，为了保证通信过程稳定可靠，本设计中还引入了静电干扰抑制电路，见图2中的D7-D15.该电路由8个二极管和一个齐纳二极管组成，实际也可以采用专用的ESD静电保护器件pRTR5V0U4D来实现。

MCU的另一项任务是将电池包组态信息发送到CAN通信网络中。在此本设计选取了CAN隔离驱动芯片ISO1050，见图2中的U1.为了进一步提高CAN通信的抗干扰性能，在平台的CAN输出端还采用了瞬态电压抑制芯片pSM712。

3、电压采集及均衡电路设计

LTC6802最重要的功能是实现对电池组内单体电压的检测以及在单体过压状态下的均衡控制。LTC6802具有12位ADC，可实现对多达12节串联单体的电压检测，芯片外围的电压采集电路也比较简单，只需将单体的正负极分别接入芯片对应的单体电压输入端即可，为了抑制电压信号中的高频噪声，电路中还加入了RC低通滤波环节。此外，LTC6802还具有MOSFET驱动输出能力，该驱动输出端内置了10k的上拉电阻，可用于驱动外部MOSFET。

关于串联电池组中的单体n而言，其对应的电压采集电路和均衡控制电路如图3所示，其中上图为电压采集电路，下图为均衡控制电路。图中CELLn和CELLn-1分别接到单体n的正极和负极；Cn和Cn-1为LTC6802电压采集输入端;DCn为LTC6802的MOSFET驱动输出端。当单体n出现过压。

4、温度采集电路设计

电池包节点温度也是组态信息中的重要参数。在本平台中，节点温度的检测由MCU实现，设计每个单体取一个节点，共计可实现对12个节点的温度检测。温度采集电路如图4所示，图中给出了节点1的连接电路。首先，设计中选取热敏电阻RT103作为温度传感原件，将温度信号转换为电压信号；接着，电压信号输入模拟开关器件CD4067D，可通过MCU配置其ABCD四个控制端对输入信号进行选通，并由其公共端即管脚1输出；最后，模拟开关输出的信号经RC滤波及限幅处理后输入到MCU的AD输入端，节点温度采集得以实现。

结论

本文基于电池监控芯片LTC6802以及Freescale系列微控制器MC9S08DZ60，设计了一套面向串联锂离子电池组的监控平台。论文结合芯片特点及平台应用场合，分别对电压检测电路、均衡控制电路、温度采集电路、SpI通信及CAN通信电路进行了具体的设计。该平台充分利用了LTC6802集成度高、电压采集精度高以及抗干扰能力强的特点，很大程度上改善了传统的电池监控电路存在的电压采集精度差和电路结构复杂的问题。可以断言，在EV/HEV产业中，这种基于LTC6802的电池组监控平台具有很强的应用价值和良好的应用前景时，Q1将导通对其放电，放出的电能会消耗在电阻R1上。