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

1、電池參數采集總體設計

如圖1所示，該電池參數采集系統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對電池包內的12節單體電壓、總電壓和5個溫度點進行采集，在采集轉換結束后通過SPI總線傳輸到控制芯片dsPIC30F內，控制芯片通過CAN總線將采集到的數據傳輸到上位機。上位機根據采集到的數據進行SOC估算，并決定是否進行均衡，是否停止充放電，是否開啟安全控制等。每個控制芯片有不同的CAN標識符，因此當有超過12節電池需要進行參數采集時，可以級聯多個該系統以實現目的。

2、電池參數采集硬件設計

該系統的核心器件是Linear公司的LTC6804，可以測量多達12個串聯電池的電壓，并具有低于1．2mV的總測量誤差，測量范圍為0～5V。所有12節電池的電壓可以在290μs內完成測量，并可以選擇較低的數據采集速率以實現高噪聲抑制。

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V＋和Vreg兩個引腳供電。V＋通過一個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，應施加5±0．5V的電壓。可根據圖3為Vreg進行供電，該供電模式器件簡單，容易實現。LTC6804有休眠、待命、測試等狀態，通過不同狀態的切換達到完成測量節省功耗的目的。當LTC6804處于休眠狀態時，DRIVE引腳無輸出，此時Vreg引腳為低電平。由于該系統需要為通信隔離器ADUM1411供電，需要Vreg一直處于供電的狀態，因此選用LT3990輸出穩定的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

如圖2所示，將串聯的12節單體電池分別接入CIN＿0到CIN＿12。LTC6804內部AD具有27kHz、14kHz、7kHz、3kHz、2kHz、26Hz6種模式。考慮到ADC的轉換速度、分辨率和總測量誤差，選用標準7kHz的速率。LTC6804內部的ADC具有一個－0．82V至5．73V的近似范圍，復讀數被取整至0V，LSB代表100uV。因此，一個0x4000的讀數表示1．024V。當AD轉換完成后，通過SPI總線將數據傳給MCU。LTC6804的SPI接口作為從設備，與MCU之間采用磁耦隔離，減少電池側對數字電路的影響。

2.3總電壓檢測

LTC6804的測量內部器件參數（ADSTAT）命令是用于測量電池電壓總和、內部芯片溫度、模擬電源和數字電源四個參數的命令。在測量電池電壓總和時，將C12和C0之間的電壓衰減20倍，然后進行采集。

因此：

V實＝DATA×20×100μV（1）

式（1）中，V實為實際總電壓，DATA為ADC轉換后的數值。

2.4溫度檢測

LTC6804的5個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引腳專為溫度檢測所需的電流而設計，標稱值為3V。采用NTC進行溫度檢測，電路圖如圖5。電池包內的5個NTC在25℃時精度為1％、阻值為10kΩ。偏置電阻的選擇根據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GPIO口電壓為1．5V。在每個采樣點添加一個0．1F的瓷片電容，濾除高頻干擾，提高采樣精度。

3、軟件設計

該系統軟件設計主要完成dsPIC30F通過隔離后的SPI對LTC6804進行數據讀寫。dsPIC30F計算讀取到的數據的數據包錯誤校驗（PEC），并與接收到的PEC進行比較，確定接收到的數據正確。MCU將接收到的數據轉換為電壓值和溫度值，通過CAN總線發送給上位機進行相應的處理。電壓與溫度檢測的程序流程圖如圖6。

3.1PI控制

PI控制示意圖如圖3

為了避免引起震蕩，當頻率／占空比誤差極小時，不進行PI控制直接輸出。

3．2上位機軟件設計

上位機軟件設計包括兩個部分：實時發送數據幀、波形繪制。上位機程序流程圖如圖4所示。

上位機程序功能界面如圖5，下位機實際輸出波形與上位機設置一致，由示波器可見如圖6所示。

3．2．1實時發送數據幀功能

實時發送不同的數據幀是通過trackBar實現，通過分別滑動兩個滾動條改變頻率與占空比的數值，一旦鼠標被釋放就會觸發對應的事件，在該事件內編寫串口發送程序，即可實現對下位機實時發送不同的數據幀，以實現對PWM信號的控制。

3．2．2繪制波形功能

為了達到更好的人機交互，上位機程序可實時跟隨用戶設定進行波形顯示，使用戶更直觀地觀察到下位機將輸出的波形。顯示波形功能是通過繪圖控件ZedGraph實現，ZedGraph是一個開源的．NET圖表類庫，并且全部代碼都是用C＃開發的。它可以利用任意的數據集合創建2D的線性和柱形圖表。

ZedGraph在描畫折線圖的時候，將所有的坐標點都保存在PointPairList中，PointPairList類是一個包含（X，Y）的坐標類，用戶根據自己的需要增加新數據或修改已存在的數據；調用ZedGraphControl．AxisChange（）方法更新X和Y軸的范圍；調用Form．Invalidate（）方法更新圖表。由于在本設計中，用戶可實時拖動滾動條調整頻率和占空比的數值，則需要繪制動態的折線圖，實際上，就是不斷往PointPairList中添加點坐標（X，Y），然后刷新即可。

4、測試

使用串聯的12節三星18650標稱3．7V容量2．2Ah鋰離子電池組成的電池包測試該系統。將該系統檢測到的電壓與四位半的萬用表檢測到的電壓進行對比，對比數據如表1所示。將使用NTC檢測到的溫度與誤差為0．2℃的水銀溫度計測量同一點的溫度進行對比，對比數據如表2所示。

注：表1中數據1為四位半萬用表檢測的值，數據2為LTC6804檢測的值。

5、結束語

本設計提供獨立PWM輸出，頻率范圍1Hz～10kHz，占空比范圍1％～99％；輸出信號經過整理和功率放大，PWM信號實現4V～8V電平適配，輸出負載電流可達500mA。