LTC6802與MCU的連接器電路設(shè)計(jì)詳解

　　隨著環(huán)境和能源問題日益嚴(yán)峻，電動(dòng)汽車及混合動(dòng)力汽車已經(jīng)成為了當(dāng)今世界關(guān)注的焦點(diǎn)。蓄電池是EV的動(dòng)力環(huán)節(jié)，但其單體端電壓及容量都較小，比如廣泛應(yīng)用的磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池端電壓一般不超過3.65 V，因此常需多單體串并聯(lián)組合使用來滿足車輛的需求。對(duì)于車載電池包而言，一個(gè)功能完備的監(jiān)控系統(tǒng)是非常必要的。目前國內(nèi)的電池組監(jiān)控設(shè)備存在兩大問題：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(xiàn)較復(fù)雜。針對(duì)這些問題，本文應(yīng)用Linear Technology 公司新推出的電池組監(jiān)控芯片LTC6802，設(shè)計(jì)了一套面向鋰離子電池組的硬件監(jiān)控平臺(tái)。該平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

　　電池組監(jiān)控平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。本平臺(tái)設(shè)計(jì)采用分布式CAN 總線結(jié)構(gòu)，首先，LTC6802 用于實(shí)現(xiàn)對(duì)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(fù)責(zé)接收來自LTC6802 的電壓采集信息，并對(duì)LTC6802 的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，此外MCU 還用于實(shí)現(xiàn)電池包節(jié)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(jiān)控平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)

　　LTC6802 與MCU 的連接電路設(shè)計(jì)

　　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(jī)MC9S08DZ60，其主要功能是進(jìn)行電流和溫度采集、接收來自LTC6802 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 可通過其自身與SPI 兼容的串行接口實(shí)現(xiàn)與MCU 的通信。對(duì)于LTC6802 而言，CSBI 為片選信號(hào)；SDO 為串行數(shù)據(jù)輸出；SDI 為串行數(shù)據(jù)輸入；SCKI 為串行時(shí)鐘輸入。

　　此外，為了保證通信過程穩(wěn)定可靠，本設(shè)計(jì)中還引入了靜電干擾抑制電路，見圖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)際也可以采用專用的ESD 靜電保護(hù)器件PRTR5V0U4D 來實(shí)現(xiàn)。

　　MCU 的另一項(xiàng)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(shè)計(jì)選取了CAN 隔離驅(qū)動(dòng)芯片ISO1050，見圖2 中的U1.為了進(jìn)一步提高CAN 通信的抗干擾性能，在平臺(tái)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(shè)計(jì)

　　電池包節(jié)點(diǎn)溫度也是組態(tài)信息中的重要參數(shù)。在本平臺(tái)中，節(jié)點(diǎn)溫度的檢測由MCU 實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)每個(gè)單體取一個(gè)節(jié)點(diǎn)，共計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)12 個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度檢測。溫度采集電路如圖4 所示，圖中給出了節(jié)點(diǎn)1 的連接電路。首先，設(shè)計(jì)中選取熱敏電阻RT103 作為溫度傳感原件，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；接著，電壓信號(hào)輸入模擬開關(guān)器件CD4067D，可通過MCU 配置其ABCD 四個(gè)控制端對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行選通，并由其公共端即管腳1 輸出；最后，模擬開關(guān)輸出的信號(hào)經(jīng)RC 濾波及限幅處理后輸入到MCU 的AD 輸入端，節(jié)點(diǎn)溫度采集得以實(shí)現(xiàn)。

　　圖3 電壓采集及均衡電路

　　圖4 溫度采集電路

　　基于電池監(jiān)控芯片LTC6802 以及微控制器MC9S08DZ60，設(shè)計(jì)了一套面向LTC6802與MCU的連接器電路監(jiān)控平臺(tái)。結(jié)合芯片特點(diǎn)及平臺(tái)應(yīng)用場合，分別對(duì)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(shè)計(jì)。該平臺(tái)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(qiáng)的特點(diǎn)，很大程度上改善了傳統(tǒng)的電池監(jiān)控電路存在的電壓采集精度差和電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。可以斷言， 在EV/HEV 產(chǎn)業(yè)中，這種基于LTC6802 的電池組監(jiān)控平臺(tái)具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和良好的應(yīng)用前景時(shí)，Q1 將導(dǎo)通對(duì)其放電，放出的電能會(huì)消耗在電阻R1 上。