LTC6802與MCU的連接器電路設計詳解

　　隨著(zhù)環(huán)境和能源問(wèn)題日益嚴峻，電動(dòng)汽車(chē)及混合動(dòng)力汽車(chē)已經(jīng)成為了當今世界關(guān)注的焦點(diǎn)。蓄電池是EV的動(dòng)力環(huán)節，但其單體端電壓及容量都較小，比如廣泛應用的磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池端電壓一般不超過(guò)3.65 V，因此常需多單體串并聯(lián)組合使用來(lái)滿(mǎn)足車(chē)輛的需求。對于車(chē)載電池包而言，一個(gè)功能完備的監控系統是非常必要的。目前國內的電池組監控設備存在兩大問(wèn)題：一是電池電壓檢測精度不高，二是電池組均衡控制的實(shí)現較復雜。針對這些問(wèn)題，本文應用Linear Technology 公司新推出的電池組監控芯片LTC6802，設計了一套面向鋰離子電池組的硬件監控平臺。該平臺設計實(shí)現的功能包括單體電壓/ 溫度檢測、電池組均衡以及分布式CAN 通信等。

　　電池監控系統整體結構

　　電池組監控平臺的整體結構如圖1 所示。本平臺設計采用分布式CAN 總線(xiàn)結構，首先，LTC6802 用于實(shí)現對單體電壓的采集以及串聯(lián)電池組的被動(dòng)均衡控制；主控芯片負責接收來(lái)自LTC6802 的電壓采集信息，并對LTC6802 的相關(guān)參數進(jìn)行設置，此外MCU 還用于實(shí)現電池包節點(diǎn)溫度以及電流的采集；最后MCU 將電池包的組態(tài)信息發(fā)送到CAN 通信網(wǎng)絡(luò )。

　　圖1 電池組監控平臺整體結構

　　LTC6802 與MCU 的連接電路設計

　　LTC6802 的外圍電路及其與微控制器之間的連接電路如圖2 所示。本電路中MCU 選取的是Freescale 系列單片機MC9S08DZ60，其主要功能是進(jìn)行電流和溫度采集、接收來(lái)自L(fǎng)TC6802 的信息并將電池包組態(tài)信息發(fā)送到分布式CAN 通信網(wǎng)絡(luò )中。

　　圖2 LTC6802 與MCU 的連接電路

　　LTC6802 可通過(guò)其自身與SPI 兼容的串行接口實(shí)現與MCU 的通信。對于LTC6802 而言，CSBI 為片選信號；SDO 為串行數據輸出；SDI 為串行數據輸入；SCKI 為串行時(shí)鐘輸入。

　　此外，為了保證通信過(guò)程穩定可靠，本設計中還引入了靜電干擾抑制電路，見(jiàn)圖2 中的D7-D15.該電路由8 個(gè)二極管和一個(gè)齊納二極管組成，實(shí)際也可以采用專(zhuān)用的ESD 靜電保護器件PRTR5V0U4D 來(lái)實(shí)現。

　　MCU 的另一項任務(wù)是將電池包組態(tài)信息發(fā)送到CAN 通信網(wǎng)絡(luò )中。在此本設計選取了CAN 隔離驅動(dòng)芯片ISO1050，見(jiàn)圖2 中的U1.為了進(jìn)一步提高CAN 通信的抗干擾性能，在平臺的CAN 輸出端還采用了瞬態(tài)電壓抑制芯片PSM712。

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　　溫度采集電路設計

　　電池包節點(diǎn)溫度也是組態(tài)信息中的重要參數。在本平臺中，節點(diǎn)溫度的檢測由MCU 實(shí)現，設計每個(gè)單體取一個(gè)節點(diǎn)，共計可實(shí)現對12 個(gè)節點(diǎn)的溫度檢測。溫度采集電路如圖4 所示，圖中給出了節點(diǎn)1 的連接電路。首先，設計中選取熱敏電阻RT103 作為溫度傳感原件，將溫度信號轉換為電壓信號；接著(zhù)，電壓信號輸入模擬開(kāi)關(guān)器件CD4067D，可通過(guò)MCU 配置其ABCD 四個(gè)控制端對輸入信號進(jìn)行選通，并由其公共端即管腳1 輸出；最后，模擬開(kāi)關(guān)輸出的信號經(jīng)RC 濾波及限幅處理后輸入到MCU 的AD 輸入端，節點(diǎn)溫度采集得以實(shí)現。

　　圖3 電壓采集及均衡電路

　　圖4 溫度采集電路

　　基于電池監控芯片LTC6802 以及微控制器MC9S08DZ60，設計了一套面向LTC6802與MCU的連接器電路監控平臺。結合芯片特點(diǎn)及平臺應用場(chǎng)合，分別對電壓檢測電路、均衡控制電路、溫度采集電路、SPI 通信及CAN 通信電路進(jìn)行了具體的設計。該平臺充分利用了LTC6802 集成度高、電壓采集精度高以及抗干擾能力強的特點(diǎn)，很大程度上改善了傳統的電池監控電路存在的電壓采集精度差和電路結構復雜的問(wèn)題?？梢詳嘌?， 在EV/HEV 產(chǎn)業(yè)中，這種基于LTC6802 的電池組監控平臺具有很強的應用價(jià)值和良好的應用前景時(shí)，Q1 將導通對其放電，放出的電能會(huì )消耗在電阻R1 上。