基于LTC68021锂电池组管理芯片设计的电池组均衡电路

　　本文设计的均衡电路的基本原理是通过使用专用电池组管理芯片LTC6802-1测量电池组中单体电池电压， 将数据通过SPI总线传送给单片机， 单片机通过决策对均衡电路进行控制。实验表明， 基于LTC6802-1芯片设计的均衡电路， 在电池组使用过程中单体电池的能量一致性得到了明显改善。

　　1 均衡电路工作原理

　　本文基于LTC68021 锂电池组管理芯片设计的电池组均衡电路， 由取电系统、嵌入式处理器、LTC6802-1数据采集及均衡电路四部分构成， 电路框图如图1所示。

　　图1 基于LTC6802-1设计的均衡电路结构框图

　　取电系统是均衡电路的供电来源， 电源取自锂电池组， 并提供给低功耗嵌入式处理器与LTC6802-1芯片。嵌入式处理器时均衡电路的核心， 一方面通过SPI接口与LTC6802-1进行通信， 另一方面对获得的数据进行简单的处理。数据采集电路主要由LTC6802-1芯片构成, 该芯片内置了高精度AD 转换器， 结合外部滤波电路可以对锂电池组参数实现精确得采样。LTC6802-1芯片均衡接口的特殊设计， 能够控制外部均衡电路进行工作， 简化了均衡电路。

　　1. 1 取电系统

　　LTC6802-1最多能够管理12节串联的锂电池组， 以万向电动汽车有限公司生产的WX11 I3215锂电池为例， 单体电池在使用过程中电压在2. 8 3. 8V 变化， 12节WX11 I3215串联的锂电池组在使用过程中电池组总电压的变化范围在33. 6 45. 6V。均衡电路中嵌入式处理器A tmega16L与LTC68021均使用5V 直流电源供电， 因此取电系统的输出电压选择为5V。由于均衡电路中采用的都是低功耗芯片， 取电系统的输出功率选择为5W。基于上述取电系统的宽电压输入的特殊性， 本文中取电系统采用单片开关电源芯片TOPSw itch设计了一种具有输入电压范围宽的开关电源。

　　1. 2 嵌入式处理器及SPI接口

　　本文选用A tme l公司的AVR系列处理器A tmega16L,该芯片具有16kb的在线编程Flash程序存储器、512字节EEPROM、2kb SRAM、32 个通用工作寄存器、32 个通用I/O口， 还具有SPI、USART 等丰富的外设。同时， A tmega16L芯片具有低功耗贴片封装可满足低功耗均衡电路的设计要求， 芯片丰富的内部资源及接口可以完成锂电池组管理系统的各种功能。A tmega16L 通过SPI总线与LTC6802-1进行通信。

　　LTC6802-1 芯片SPI 工作模式固定为CPHA = 1,CPOL= 1, 字节发送高位在先， 可以支持主机最大SPI移位频率到1MHz。因此， 在A tmega16L的SPI驱动函数编写中SPI外设控制寄存器要有相同的配置。

　　本文设计的均衡电路中A tm ega16L通过SPI总线读取各电池电压的AD 转换值， 然后对电池电压进行排序，选择出最高电压所对应的电池， 接着发送指令控制LTC6802-1对均衡电路进行操作。软件流程如图2所示。

　　图2 电压采集及均衡控制软件流程图