隨著新能源和環境污染問題在全球發展過程中被高度關注，作為清 潔 能源的動 力 電池越 來 越受到重視。鋰離子電池 以 其能 量 密 度 高、平 均輸出電 壓高、輸出功率大、循環性能優越、可快速充放電、無記憶效應等特點，將成為未 來 電動汽車 動 力 電 池 的市場主力。一個有效的電池管理系統能對動力電池進行保護、延長其使用壽命及提高行駛里程，是電動汽車產業發 展 和 推 廣 的 一 項 非 常 關 鍵 的 系 統 工程。在串聯的動力電池組中，單體鋰電池的電池狀態，如電壓和溫度的監測，是電池管理系統中的關鍵組成部分。單體電壓的數據最為豐富，能夠表 征電池組內每一個單體狀態和特征的物理量，還可 以反應電池組整體的狀態，如一致性等。此外，對單體電池進行監測，還能防止過沖和過放。因此，電池單體電壓采集對采集的準確性和實時性都有比較高的要求。

分別對電池的單體測量方法進行了總結，包括電阻分 壓、光 耦 隔 離 運 放、利用線性 光電耦合器進行 模 擬 信號傳 導，以及模擬 開 關 配 合電容傳輸模擬 信 號 的方案等 方 法。此 外，市 場 上已出現單體電 池 測 量專用 芯片，如世界 上 著 名 的芯片廠 商 Ｌｉｎｅａｒ公 司 開 發 的 ＬＴＣ６８０３芯 片，內 部自帶多路選通開關 ＡＤＣ，可以在１３ｍｓ內完成多達１２個串聯電池的電壓的測量，最大總測量誤差為０．２５％。

本文采用兩片 ＬＴＣ６８０３級聯方式采集２４只單體鋰離子電池電壓，單 片 機 利 用 ＳＰＩ 總 線 啟 動ＬＴＣ６８０３電壓測量并讀取電壓。

系統組成與工作原理

系統組成

本文研究的串聯的鋰離子電池采集系統能夠實現２４只動力電池的在線單體電壓監測。該系統主要包括以 ＬＴＣ６８０３為核心的單體電壓采集部分，以及以 ＭＣ９Ｓ１２Ｃ３２為 核 心 的 ＳＰＩ通 信 和 ＣＡＮ 通 信部分，還有一些外圍電路。

ＬＴＣ６８０３是 Ｌｉｎｅａｒ公司的第二代的完整電池監視ＩＣ，內置一個１２位的 ＡＤＣ、一個精準型電壓基準、一個高電壓輸入多路 復 用 器 和一 個 串 行 ＳＰＩ接口。每個 ＬＴＣ６８０３能夠測量多達１２個串接電池或者超級電筒的電壓。通過一個獨特的電位移位接口可以把多個 ＬＴＣ６８０３器件串聯起來，而無需光耦隔離器，以監視長串的串聯電池中的每只單體電壓。每個電池輸入都具有一個相關聯的 ＭＯＳＦＥＴ 電源開關，用于過度充電的電池進行放電。ＬＴＣ６８０３還提供了一種用于將電源電流減小至１２μＡ 的 待 機模式。ＬＴＣ６８０３ 采 用 ＳＰＩ（ＳｅｒｉａｌＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＩｎｔｅｒ－ｆａｃｅ）方式與外部 ＭＣＵ 通信，具有高抗 ＥＭＩ以及低功耗能力。其結構原理圖如圖１所示：

ＭＣ９Ｓ１２Ｃ３２是 Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公 司 的 一 款４８引 腳１６位的單片機，功 能 強大、資源豐富。內部有３２ＫＦｌａｓｈ，８通道的１０位 ＡＤＣ，１路ＳＰＩ模塊，１路支持ＣＡＮ２．０ Ａ 和 ＣＡＮ２．０Ｂ 的 ＣＡＮ 模 塊，６ 通 道ＰＷＭ，８通道的１６位定時器模塊，滿足本文單體電壓采集系統對 ＭＣＵ 的需求。

工作原理

ＭＣ９Ｓ１２Ｃ３２ 通 過 ＳＰＩ 總 線 來 啟 動 兩 片ＬＴＣ６８０３采集 并 讀 取 ２４ 只串聯的單體電池的電壓。采集系統與上級控制系統通過 ＣＡＮ 總 線 通信，實現對動力電池單體電壓的在線監測，并實現對采集系統的休眠與啟動控制。整個采集系統通過ＭＣ９Ｓ１２Ｃ３２的定時器來實現對電壓的測量，ＣＡＮ信息的發送以及錯誤的判斷等的時序控制。

電壓采集硬件電路設計

電壓采集功能是由兩片 ＬＴＣ６８０３實 現 的。在本文的采集系 統 中，未 開 啟 ＬＴＣ６８０３的 均 衡 功 能、以及 ＧＰＩＯ、ＴＥＭＰ 引腳的溫度采集功能。 兩 片ＬＴＣ６８０３可 采 用 并 聯，亦可采用菊花 鏈式連接。ＬＴＣ６８０３通 過ＩＳ０７４２１，實 現 電 池 與 ＭＣＵ 之 間 的電氣 隔 離；ＬＴＣ６８０３與 ＭＣ９Ｓ１２Ｃ３２通 過 ＳＰＩ方 式進行通信。ＬＴＣ６８０３電壓采集電路如圖２所示：

當兩片ＬＴＣ６８０３使用菊花鏈式串聯連接時，片選端只需 ＭＣＵ 的一個ＩＯ 口即可，三個二極管需焊

接，頂 端 ＬＴＣ６８０３ 的隔離芯片可不焊，頂 端ＬＴＣ６８０３的 ＴＯＳ引腳拉高，Ｖｍｏｄｅ引腳拉低，底端ＬＴＣ６８０３的 ＴＯＳ引腳拉低，Ｖｍｏｄｅ引腳拉高；當兩片 ＬＴＣ６８０３使用并聯方式 連接時，片選端 需 ＭＣＵ兩個ＩＯ 口，兩 片 隔 離 芯 片 需 接 入，去 除 三 個 二 極管，兩片６８０３的 ＴＯＳ引 腳 均 拉 低、Ｖｍｏｄｅ引 腳 均拉高。

由于 ＬＴＣ６８３具有內置噪聲濾波器的 ΔΣ轉換器，抗 ＥＭＩ的能力 也 較 高，故無需使用其他的信號調理電路。由于本文中的電池管理系統暫時還未具有充電均衡管理功能，故將６８０３的均衡引腳做懸空處理，不使用其放電控制功能。