基于LTC6803和NRF24L01的动力电池检测系统

近年来兴起的锂离子电池性能优良，适用范围广，具有良好的应用前景。但由于成本以及寿命等问题，使得锂离子电池的监控和管理显得尤为重要。一套合理的电池管理系统是减少电池成本、提升电能储存装置整体竞争力的关键因素。一般而言，电池管理系统需要实现动态监测电池组工作状态和估算电池组SOC的功能。以上两点都离不开对电池单体电压的实时监测。目前锂离子电池电压检测主要有门电路法和专用芯片采集法。

门电路法测电压的塬理是应用门电路开关切换电压通道，结合模数转换将电池电压转换为数字信号，并由主控器进行处理。这种方法硬件成本通常较高，控制逻辑复杂，测量时间受门电路开关响应时间限制。近年来LIneAr等公司相继推出了用于电池组电池测量的专用芯片，使得工程上对电池组电压的测量有了新的思路。

LTC6803介绍

LTC6803是第二代的完整电池监视IC，内置一个12位ADC、一个精准型电压基准、一个高电压输入多路复用器和一个串行接口。每个LTC6803能够测量多达12个串接电池或超级电容器的电压。通过运用一个独特的电平移位串行接口，可以把多个LTC6803-1/LTC6803-3器件串联起来（无需使用光耦合器或光隔离器），以监视长串串接电池中每节电池的电压。每个电池输入具有一个相关联的MOSFET电源开关，用于对过度充电的电池进行放电。LTC6803-1在内部将电池组的底端与V―相连。该器件的引脚与LTC6802-1兼容，从而提供了一款直接替代型的升级方案。LTC6803-3则把电池组的底端与V―分开，故而改善了第一节电池（cell1）的测量准确度。

LTC6803提供了一种用于将电源电流减小至12μA的待机模式。此外，LTC6803还可从一个隔离型电源来供电，因而提供了一种将电池组吸收电流减小至零的方法。

LTC6803特点

可测量多达12个串联电池的电压

可堆叠式架构

可支持多种电池化学组成和超级电容器

至相邻器件的串行接口菊式链接

0.25%的最大总测量误差

专门针对符合ISO26262标准的系统进行设计

可在13ms完成一个系统中所有电池的测量

NRF24L01介绍

NRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。

NRF24L01特点

小体积，QFN204x4mm封装

宽电压工作范围，1.9V~3.6V，输入引脚可承受5V电压输入

工作温度范围，-40℃~+80℃

工作频率范围，2.400GHz~2.525GHz

发射功率可选择为0dBm、-6dBm、-12dBm和-18dBm

数据传输速率支持1Mbps、2Mbps

低功耗设计，接收时工作电流12.3mA，0dBm功率发射时11.3mA，掉电模式时仅为900nA

126个通讯通道，6个数据通道，满足多点通讯和调频需要

增强型“ShockBurst”工作模式，硬件的CRC校验和点对多点的地址控制

数据包每次可传输1~32Byte的数据

4线SPI通讯端口，通讯速率最高可达8Mbps，适合与各种MCU连接，编程简单

可通过软件设置工作频率、通讯地址、传输速率和数据包长度

MCU可通过IRQ引脚块判断是否完成数据接收和数据发送

采集系统结构

本文主要介绍3片LTC803-4并联级联实现28节电池的测量方法。由于单片LTC6803－4测量电池堆电压不得低于10V，故将28支电池单体分为3组，由3片LTC6803－4（1＃LTC6803－4、2＃LTC6803－4、3＃LTC6803－4）分别测量并上传数据。如下图所示，第一组为1＃～12＃电池单体，第二组为13＃～20＃电池单体，第叁组为21＃～28＃电池单体。

系统电路硬件

主控器采用的是飞思卡尔公司的双核16位芯片

MC9S12XEP100，该芯片拥有16位双核处理单元。32Kb容量的D－Flash存储器。两个16通道的12位A／D转换模块、5路MSCAN、3路串行外设接口（API）以及152

个可配置通用I／O引脚。主控器需要处理的数据繁多，充分利用其双核功能可以保证系统工作的实时性。主控器在采集到所有的电压数据后，通过CAN总线接口与外部进行通信上传数据，同时接收来自外部的信息。协处理器在本系统中用来处理接收自外部的CAN总线信息，大大节省了CPU的资源。

此外，通信隔离芯片ADｕM1401需要的驱动电流高于LTC6803－4的Vreg引脚所能提供的4MA，故需要外加电源驱动；此外，此驱动电源需要与当前LTC6803－4的V－（亦即其所相连的电池）共地，所以驱动电源需要选择完全隔离的形式。

理论上，28支电池首尾相接串联而引出的29根电压检测线按芯片上的接口顺序依次连接即可，但考虑到LTC6803－4的并联式级联以及2＃LTC6803－4和3＃LTC6803－4各只负责8支电池的监测这一特殊情况，级联LTC6803－4与单片LTC803-4在应用电路上有所区别。以2＃LTC6803－4的连接为例，2＃LTC6803－4监测13＃～20＃，此8支电池的电压，同时需要此8支电池为2＃LTC6803－4供电。下图所示为2＃LTC6803－4底端与顶端的电路接法。

2#LTC6803-4底端连接

2#LTC6803-4顶端连接

系统软件配置

本文所述3个芯片通过0Ω电阻分别将地址配置为0001、0002和0003，则1＃LTC6803－4芯片地址为0b10000001，2＃LTC6803－4芯片地址0b10000002，3＃LTC6803－4芯片地址为0b10000003。读取一片LTC6803－4的软件流程如图6所示。3片LTC803-4并联式级联后，主控器只需轮询不同地址的芯片，并接收数据即可实现所有28支电池单体的电压监测。