基于LTC6803多节动力电池的检测系统设计

　　针对动力电池工作参数的监测，保护其安全性和使用寿命的问题，提出基于电池管理芯片 LTC6803 设计一套电池管理系统，利用 LTC6803 和 STC12C54 单片机组成主要的硬件控制电路，通过单片机控制 LTC6803，实现对动力电池单体电压、总电压等参数的检测，并通过串口把数据传输到上位机保存，编写相应实现功能的软件，实现对多节动力电池状态的精确检测，试验结果表明本系统测量总误差小于 0. 25% ，为电池管理的均衡控制、SOC 的估计提供基础数据

　　针对动力电池工作参数的监测，保护其安全性和使用寿命的问题，提出基于电池管理芯片 LTC6803 设计一套电池管理系统，利用 LTC6803 和 STC12C54 单片机组成主要的硬件控制电路，通过单片机控制 LTC6803，实现对动力电池单体电压、总电压等参数的检测，并通过串口把数据传输到上位机保存，编写相应实现功能的软件，实现对多节动力电池状态的精确检测，试验结果表明本系统测量总误差小于 0. 25% ，为电池管理的均衡控制、SOC 的估计提供基础数据

　　针对要实现的电池管理的功能和传统技术的缺陷，本系统采用专用的电池管理芯片 LTC6803组成电池管理系统，给出了整个的电池管理系统的结构设计，并给出了各个功能单元的硬件结构设计和软件结构设计，然后对 LTC6803 本地控制单元中电池单体电压检测技术等关键技术进行了相关的研究，并对测量结果进行分析比较，本系统具有结构简单、误差小、可扩展性好、传输速度快等特点

　　系统工作原理分析

　　针对电池检测的功能要求，本系统利用电池管理芯片 LTC6803 对电池组工作的电压、总电压等物理参数检测，LTC6803 是具有 12 位 ADC、精准电压源、一个高压输入多路复用电路和串行接口，内部集成电池均衡控制，为电动汽车提供SOC 的估计提供基础参数，系统的原理图如图 1 所示。

　　

　　本检测系统主要包括供电电源模块、单片机最小系统模块、串口通信模块、无源电池平衡电路模块、电池电压滤波模块、校准和完整电池组测量电路模块、电池组电源去耦模块、隔离式电源供电模块、OLED 液晶显示模块。

　　系统主要硬件设计

　　电压采集和均衡控制电路设计

　　动力 电 池 通 过 电 阻 和 电 感 组 成 的 电 路 和LTC6803 的引脚 Cn 相连，在通过 LTC6803 内部集成的高精度的 AD 对电池电压实现检测，达到对电池电压监控的目的，通过单体电池可以得到总的电池电压。均衡控制电路的目的是防止单体电池电压 偏 差 较 大，影响电池的使用寿命。利 用LTC6803 组成的均衡控制电路以两节电池为例（ 如图 2 所示） ，LTC6803 的 S 输出端通过电阻和MOS 管相连，LTC6803 通过电池电压检测电路获得电池的电压。当电池电压偏差较大时，LTC6803通过控制 S 端的开断来控制 MOS 的导通，对电压较高的电池进行放电，直到电压在允许的范围，达到均衡的目的

　　

　　单片机控制模块

　　本系统采用 STC12C54 作为系统的主控芯片，负责整个系统的现实、通讯、信号处理等工作，本系统的原理图如图 3 所示。为了通信的准确和安全性，LTC6803 的 SPI 接口通过隔离 SPI 和单片机连接，单片机和 LTC6803 按照 SPI 时序进行通信，单片机通过控制 LTC6803 的寄存器，获得动力电池参数，并显示出来，同时通过串口发送到上位机。

　

　　LTC6803 电池电压测量的操作

　　本系统电池电压测量最 核心的工作是对LTC6803 进行操作，因此需要对 LTC6803 的寄存器进行配置，对LTC6803 寄存器进行操作时，首先要写配置寄存器然后读配置寄存器

　　读取电池电压信号首先需要进行初始化设置，在 LTC6803 的 SPI 工作在 CPHA = 1 和 CPOL = 1的模式下，初始化单片机 SPI、初始化 LTC6803。SPI 需要定义引脚功能、数据传输格式、传输频率等。LTC6803 初始化主要判断写配置寄存器是否成功。如图 4 所示，单片机发送 WＲCFG 命令和命令 PEC 值，LTC6803 接受到命令，接着单片机发送 CFG 寄存器数组、要进行 ＲDCFG 读寄存器命令，LTC6803 发送给单片机 CFG 数据，再由单片机判断通信是否成功。CFG 寄存器主要设置电池电压测量时间、过充和过放压、看门狗定时器、内部均衡控制等。

　

　　设置寄存器之后进行读电池电压操作，如图 5所示，对建立通信的 LTC6803 读取数据，单片机发送 LTC6803 的地址及其 PEC，发送 STCVAD 命令及其 PEC，启动电池电压 ADC 转换，接着单片机再次发送 LTC6803 的地址及其 PEC，发送 ＲDCV 读电压命令，判断电压数据是否发送完毕，对接收的数据进行校验和处理，最后计算出对应的电压值。这里需要注意的是每次发送命令前都要先发送 LTC6803 的地址和 PEC，否则无法进行通信

　　

　　系统软件设计

　　根据 以 上 的 分 析，的主程序应该首先完成SPI、OLED 液晶、串口通信、LTC6803 等的初始化，然后一直在一个死循环里做检测电池组各个电池的电压的操作再把信息处理送给液晶显示，同时上传到上位机。主程序流程图如图 6 所示。

　

　　试验结果用本文提出的信号采集技术采集串联成组的12 节 3. 7V 100 A·h 锂电池的电压信号，与美国凌力 尔 特 （ Linear） 公司的测量误差小于 ±0. 0035% 的 DC1653A 评 估 板 及 连 接 板 DC590B，电压测量在使用 LTC6803 读出的数据进行对比，对比数据如表 1 所示。第一组和第二组的所有数据均 是 在 基 准 电 压 均 是 在 温 度的基准电压为2. 3430V 下得来的。

　　

　　由表 1 数据分析可知，LTC6803 的测量精度较高，能够满足动力电池管理系统的测量要求。

　　为了对动力电池运行状态进行监测，本文设计了基于凌力尔特 （ Linear） 公司专用电池管理芯片 LTC6803 的多节动力电池的监测和管理系统，根据动力电池管理系统的功能要求和 LTC6803 芯片的功能特点设计了具有单芯片解决方案、布线少、性能稳定的监测系统，并针对 LTC6803 的监测系统进行了试验和分析，测试结果表明：

　　（ 1） 利用 LTC6803 组成的电池管理系统，减少了大量电池的布线问题，整个系统更加稳定和简洁，使整个系统具有开放性和扩展性。

　　（ 2） 通过对 LTC6803 的测量结果表明，本系统具有较高的测量精度，单元电压误差率和温度误差 （ 包括测量误差、切换误差和器件误差） 分别低于 ± 0. 2% 且测量的总误差也低于 0. 25% 。由测量数据可知，本文提出的信号采集技术误差能够满足实际应用需求。

　　本系统在现有工作的基础上，下一步可以进一步提高设计的精度，并设计上位机专用的软件系统，并可以加上 4G 通讯模块进行数据的远距离测控，扩大系统的应用范围。