基于LTC6804的電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LTC6804是Lmear公司2012年發(fā)布的第三代多電池組監(jiān)視器，可幾乎同時(shí)測(cè)量多達(dá)121、串接電池的電壓，并具有更低的總測(cè)量誤差相比LTC6803測(cè)量精度有了不小的提升，本文基于該芯片，輔以熱電阻式溫度傳感器實(shí)現(xiàn)多路的溫度采集，配合Ⅱ公司STM32F103單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電池管理系統(tǒng)模塊單個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)24個(gè)單體電池的充放電電壓監(jiān)控（兩片LTC6804）和16路的溫度采集，支持can總線。

本文分電壓溫度采集和控制通信兩部分介紹該設(shè)計(jì)方案

單個(gè)電池管理系統(tǒng)電壓溫度采集部分包括兩片LTC6804、兩片LTC1380（8路復(fù)用MUX芯片）和一片LTC6820（與ECU通信芯片）對(duì)于LTC6804-1，多個(gè)器件采用菊鏈?zhǔn)竭B接，一個(gè)主處理器貫通昕有器件；對(duì)于LTC6804-2，多個(gè)器件并聯(lián)至微處理器，對(duì)每個(gè)器件進(jìn)行個(gè)別尋址本文選用LTC6804-1．其互相通信采用isoSPI協(xié)議．LTC6804配合隔離變壓器及雙絞線，可以具有非常好的抗干擾能力，從而可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)微處理器就可以管理足夠多的LTC6804節(jié)點(diǎn)，但為了保證整個(gè)系統(tǒng)模塊的可靠性，避免串行回路中單個(gè)節(jié)點(diǎn)因?yàn)槟承┮蛩爻霈F(xiàn)故障導(dǎo)致微處理器無法控制之后節(jié)點(diǎn)故采用一個(gè)微處理器控制兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，微處理器之間采用BMS內(nèi)部can總線進(jìn)行通信。

單片LTC6804可測(cè)量3-12個(gè)串聯(lián)電池的電壓，（最少3塊是因?yàn)樾枰峁┎恍∮趌lv的偏置電壓）經(jīng)過堆疊式架構(gòu)能支持上百1、電池，有很強(qiáng)的可拓展性采用掩埋式齊納電壓基準(zhǔn)，內(nèi)置三階噪聲濾波的增量累加ADC．可以以16位分辨率和優(yōu)于0.04%的準(zhǔn)確度來測(cè)量單體電池電壓，在對(duì)快速模式下，可在290us內(nèi)測(cè)量所有電池，有被動(dòng)充電平衡功能

LTC6820可通過單1、雙絞線連接在兩個(gè)隔離器件之間提供隔離式的SPI通信，中間傳輸?shù)谋闶莾删€制的isoSPI鏈路故可完成MCU的標(biāo)準(zhǔn)四線的SPI到LTC6804的isoSPI鏈路的轉(zhuǎn)換鏈路連接采用隔離變壓器加雙絞線的形式，可實(shí)現(xiàn)良好有良好共模抑制和電壓隔離能力

isoSPI總線鏈間路的隔離變壓器采用PULSE公司的HX1188NL．每1個(gè)包含兩路隔離變壓器，且包含中心抽頭和共模扼流圈。

通過NTC（負(fù)溫度系數(shù)）的熱敏電阻偏置電路配合LTC138（X8路MUX）電路實(shí)現(xiàn)多路一定精度的溫度監(jiān)控。

具體測(cè)溫原理為熱敏電阻串聯(lián)一個(gè)精度較高的標(biāo)準(zhǔn)電阻，對(duì)LTC6804提供的基準(zhǔn)電源進(jìn)行分壓，通過MUX電路進(jìn)行通道選擇，經(jīng)一級(jí)比例電路調(diào)理，然后輸入相應(yīng)通道進(jìn)行電壓測(cè)量最后換算成溫度。

控制芯片采用Ⅱ公司的STM32F103．為32位Cortex-M3內(nèi)核，含有硬件SPI總線，一路支持CAN2.OB的bx-Can模塊。

Can模塊驅(qū)動(dòng)采用TJA1050芯片，采用標(biāo)準(zhǔn)幀ID，模塊采用周期性廣播方式廣播本模塊電壓溫度信息雖然該BMS模塊在硬件上不分主從，但在應(yīng)用中，支持主從設(shè)置，主模塊激活以下功能：信息統(tǒng)計(jì)匯總，上傳整車總線Can總線，并控制相應(yīng)電池管理系統(tǒng)儀表顯示，接受相關(guān)參數(shù)設(shè)置并將其廣播通知其他總線模塊［儀表部分正在開發(fā)，參數(shù)設(shè)置暫為直接設(shè)定）儀表采用普通TFT串行通信液晶屏，主要完成對(duì)電壓溫度信息的顯示，并支持用戶對(duì)一些基本參數(shù)比如最高充電電壓，過放電壓閾值的設(shè)定等基本參數(shù)設(shè)置。

電壓測(cè)量采用模塊累計(jì)的方式，便可獲得十分準(zhǔn)確的總電壓，電流采用霍爾式的電流傳感器，正負(fù)15V供電，測(cè)量范圍0-200A．輸出信號(hào)調(diào)理后經(jīng)加法器偏置，轉(zhuǎn)換為正電壓，先鉗位，再分壓，再經(jīng)stm32進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，每次上電前對(duì)零位進(jìn)行一定范圍內(nèi)的補(bǔ)償校準(zhǔn)（本電池管理系統(tǒng)設(shè)定為初始化期間禁止輸出，由于初始化時(shí)間很短，對(duì)使用無甚影響）。

容量算法采用通用的積分累計(jì)算法，結(jié)果周期性寫入單片機(jī)FLASH中存儲(chǔ)，保證掉電不丟失，完成累計(jì)但數(shù)次不完全充放電后，由于累計(jì)誤差較大，影響使用，故采用每次充滿電時(shí)，容量復(fù)位方式。

經(jīng)過對(duì)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)樣板模塊的基本功能測(cè)試，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目的，單電壓誤差精度在±Smv以內(nèi)，溫度測(cè)量誤差在±l℃，有待進(jìn)一步匹配校準(zhǔn)雙節(jié)點(diǎn)見通信正常進(jìn)行但由于未有足夠電池測(cè)試，只測(cè)試一組另一組測(cè)試通信、參數(shù)設(shè)置、主從應(yīng)用選擇，和溫度信息。

綜上，本系統(tǒng)可以正常工作，達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)目的。