LTC6803-3芯片设计动力锂电池的监控系统
eeskill 2022-11-21

LTC6803器件面向混合动力 / 电动汽车 (HEV)、电动汽车 (EV) 以及其他高压、高性能电池系统。LTC6803 是一款完整的电池测量 IC,包含一个 12 位 ADC、一个精确的电压基准、一个高压输入多路复用器和一个串行接口。每个 LTC6803 都能测量多达 12 个串联连接的独立电池单元。该器件的专有设计使多个 LTC6803 能串联叠置,而无需光耦合器或隔离器,从而允许对长串串联连接电池中的每一节电池进行精确的电压监视。

LTC6803系列芯片能测量高达12只串联电池电压,13ms完成所有电芯电压检测,整体测量误差小于0.25%,具有高电磁兼容能力、低功耗的优点。本文采用俩片LTC6803-3采24只串联电池电压。

一、系统工作原理

单片机ATMEGA128利用SPI总线读取LTC6803-3值采集的24路单体电压,利用自带的AD采集电池温度值,并通过SJA1000将信息以CAN方式上传给控制板。控制板在接收到采集的数据后进行分析,控制均衡板进行工作。

二、系统硬件设计

2.1电压采集

LTC6803是Linear公司推出的一款电池监视IC,它是LTC6802系列的升级版本。它内置1个12位ADC、1个精准电压基准。每个LTC6803能够在输入共模电压高达6OV的情况下测量多达l2个串接电池的电压,而且可把LTC6803进行串行连接或并行连接,进行高电压范围的数据采集。每个电池输入均具有一个相关联的MOSFET开关,用于对过充电电池进行放电。单片机可以通过SPI总线从LTC6802读取数据,并控制相应电池输入的M0SFET的导通和关闭,以实现电芯均衡。

为了保护LTC6803电压采集引脚,防止电压高出最大输入电压,在每一个电芯采集输入端口并联一个稳压管,并在每个电压采集引脚前加阻容滤波电路,从而有效地滤除高频干扰,保证电压采集的正确性。

2.1.1稳压二极管的选择

由于LTC6803的内部有内置的12V稳压管。外置的稳压管需要小于12V,考虑到相邻电池存在开路的特殊情况出现,建议稳压管选择大于2倍的单体电池工作电压。本文建议选择在7.5-9V之间。

2.1.2阻容滤波回路的选择

官方给出的阻容选择参数如下:

较大的阻容参数具有较好的滤波效果,同时也能够提高芯片耐浪涌的冲击能力,但会适当的降低采集精度。如果在干扰较大的恶劣工况使用,建议适当增大阻容滤波中的电阻值。

2.2SPI通信回路

采用数字隔离光耦ADUM3401实现单片机和LTC6803之间的通讯。ADUM3401具有增强的ESD特性,在2Mbps通信速率情况下,功耗为1.4mA/5V。具有4个隔离信号通道(三个输出一个输入),采用iCoupler技术实现隔离。ADUM3401的工作电源来自LTC1603的VREG。注意LTC6803的SDO需要进行电阻上拉,否则无法正常工作。还有单片机侧多个SPI并联通信时,SCK、MOSI信号可以复用,其他SS和MISO信号不可以复用。

三、系统软件设计

LTC6803工作的软件流程图如下:

LTC6803默认进入待机模式,需要先对芯片进行初始化,然后发送AD启动命令进行数据采集。需要注意的是LTC6803同LTC6802相比,增加了数据传输CRC校验。

四、测试结果

4.1LTC6803的精度测试

由表1数据看出,LTC6803具有较高的精度,在3.8V的测量值时,最大测量误差为0.449%,虽然高于手册上面的0.25%精度,但可满足使用要求。

由表1数据看出,电压较低时,误差较大,在0.8V测量时达到0.732%;

由表1数据看出不同芯片之间也存在一定的测量偏差(高12个通道和低12个通道各由一个LTC6803实现

由数据看出,较大的输入阻抗会导致LTC6803-3产生较大的误差。建议实际使用过程中需要注意。

4.3型式试验

对LTC6803-3采集系统进行高低温、湿热、烟雾、振动等型式试验,试验结束后LTC6803-3工作正常。证明LTC6803-3具有较高的环境适应性。

五、结论

本文采用ATMEL公司的ATMEGA128和Linear公司的LTC6803-3芯片设计动力锂电池的监控系统。该监控系统能够采集24路单体电池的电压,并能够通过CAN将数据上传给控制模块。经过实际测试,该系统具有电压精度±20mV的采集精度,系统工作稳定可靠,具有重要的应用价值。

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