摘要：分析目前電池參數(shù)采集的方法，提出采用 LTC6804 進(jìn)行電池參數(shù)采集的方法。電池參數(shù)采集系統(tǒng)硬件包括 LTC6804 單體電池電壓檢測(cè)、NTC 溫度檢測(cè)、LT3990 供電、dsPIC30F 控制部分、通信隔離等。

1、電池參數(shù)采集總體設(shè)計(jì)

如圖1所示，該電池參數(shù)采集系統(tǒng)由電池電壓采集模塊、溫度采集模塊、控制模塊和通信模塊等組成。采用LTC6804對(duì)電池包內(nèi)的12節(jié)單體電壓、總電壓和5個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行采集，在采集轉(zhuǎn)換結(jié)束后通過(guò)SPI總線傳輸?shù)?a target="_blank">控制芯片dsPIC30F內(nèi)，控制芯片通過(guò)CAN總線將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a target="_blank">上位機(jī)。上位機(jī)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行SOC估算，并決定是否進(jìn)行均衡，是否停止充放電，是否開(kāi)啟安全控制等。每個(gè)控制芯片有不同的CAN標(biāo)識(shí)符，因此當(dāng)有超過(guò)12節(jié)電池需要進(jìn)行參數(shù)采集時(shí)，可以級(jí)聯(lián)多個(gè)該系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)目的。

2、電池參數(shù)采集硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的核心器件是Linear公司的LTC6804，可以測(cè)量多達(dá)12個(gè)串聯(lián)電池的電壓，并具有低于1．2mV的總測(cè)量誤差，測(cè)量范圍為0～5V。所有12節(jié)電池的電壓可以在290μs內(nèi)完成測(cè)量，并可以選擇較低的數(shù)據(jù)采集速率以實(shí)現(xiàn)高噪聲抑制。

LTC6804提供ISOSPI和SPI兩種通信模式，最大通信速率為1Mbps。硬件電路如圖2所示。

2.11LTC6804供電

LTC6804通過(guò)V＋和Vreg兩個(gè)引腳供電。V＋通過(guò)一個(gè)RC低通濾波器（100Ω／100nF）連接到12電池的最高電位。Vreg引腳提供所需的大部分功率，應(yīng)施加5±0．5V的電壓。可根據(jù)圖3為Vreg進(jìn)行供電，該供電模式器件簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。LTC6804有休眠、待命、測(cè)試等狀態(tài)，通過(guò)不同狀態(tài)的切換達(dá)到完成測(cè)量節(jié)省功耗的目的。當(dāng)LTC6804處于休眠狀態(tài)時(shí)，DRIVE引腳無(wú)輸出，此時(shí)Vreg引腳為低電平。由于該系統(tǒng)需要為通信隔離器ADUM1411供電，需要Vreg一直處于供電的狀態(tài)，因此選用LT3990輸出穩(wěn)定的5V電壓供給Vreg和ADUM1411。LT3990供電原理圖如圖4

2.2單體電壓檢測(cè)

如圖2所示，將串聯(lián)的12節(jié)單體電池分別接入CIN＿0到CIN＿12。LTC6804內(nèi)部AD具有27kHz、14kHz、7kHz、3kHz、2kHz、26Hz6種模式。考慮到ADC的轉(zhuǎn)換速度、分辨率和總測(cè)量誤差，選用標(biāo)準(zhǔn)7kHz的速率。LTC6804內(nèi)部的ADC具有一個(gè)－0．82V至5．73V的近似范圍，復(fù)讀數(shù)被取整至0V，LSB代表100uV。因此，一個(gè)0x4000的讀數(shù)表示1．024V。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換完成后，通過(guò)SPI總線將數(shù)據(jù)傳給MCU。LTC6804的SPI接口作為從設(shè)備，與MCU之間采用磁耦隔離，減少電池側(cè)對(duì)數(shù)字電路的影響。

2.3總電壓檢測(cè)

LTC6804的測(cè)量?jī)?nèi)部器件參數(shù)（ADSTAT）命令是用于測(cè)量電池電壓總和、內(nèi)部芯片溫度、模擬電源和數(shù)字電源四個(gè)參數(shù)的命令。在測(cè)量電池電壓總和時(shí)，將C12和C0之間的電壓衰減20倍，然后進(jìn)行采集。

因此：

V實(shí)＝DATA×20×100μV（1）

式（1）中，V實(shí)為實(shí)際總電壓，DATA為ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)值。

2.4溫度檢測(cè)

LTC6804的5個(gè)GPIO口可以作為模擬輸入口，與C口具有相同的電壓范圍和ADC分辨率。LTC6804的VREF2引腳專(zhuān)為溫度檢測(cè)所需的電流而設(shè)計(jì)，標(biāo)稱(chēng)值為3V。采用NTC進(jìn)行溫度檢測(cè)，電路圖如圖5。電池包內(nèi)的5個(gè)NTC在25℃時(shí)精度為1％、阻值為10kΩ。偏置電阻的選擇根據(jù)NTC決定，選用精度為1％的10kΩ的電阻作為偏置電阻。因此，在25℃時(shí)GPIO口電壓為1．5V。在每個(gè)采樣點(diǎn)添加一個(gè)0．1F的瓷片電容，濾除高頻干擾，提高采樣精度。