本文設計的均衡電路的基本原理是通過使用專用電池組管理芯片LTC6802-1測量電池組中單體電池電壓,，將數(shù)據(jù)通過SPI總線傳送給單片機,，單片機通過決策對均衡電路進行控制。實驗表明,，基于LTC6802-1芯片設計的均衡電路,，在電池組使用過程中單體電池的能量一致性得到了明顯改善。

1 均衡電路工作原理

本文基于LTC68021鋰電池組管理芯片設計的電池組均衡電路,，由取電系統(tǒng),、嵌入式處理器、LTC6802-1數(shù)據(jù)采集及均衡電路四部分構成,，電路框圖如圖1所示,。

圖1 基于LTC6802-1設計的均衡電路結構框圖

取電系統(tǒng)是均衡電路的供電來源，電源取自鋰電池組,，并提供給低功耗嵌入式處理器與LTC6802-1芯片,。嵌入式處理器時均衡電路的核心，一方面通過SPI接口與LTC6802-1進行通信,，另一方面對獲得的數(shù)據(jù)進行簡單的處理,。數(shù)據(jù)采集電路主要由LTC6802-1芯片構成，該芯片內(nèi)置了高精度AD轉(zhuǎn)換器,，結合外部濾波電路可以對鋰電池組參數(shù)實現(xiàn)精確得采樣,。LTC6802-1芯片均衡接口的特殊設計,，能夠控制外部均衡電路進行工作，簡化了均衡電路,。

1.1 取電系統(tǒng)

LTC6802-1最多能夠管理12節(jié)串聯(lián)的鋰電池組,，以萬向電動汽車有限公司生產(chǎn)的WX11 I3215鋰電池為例，單體電池在使用過程中電壓在2.8 3.8V變化,，12節(jié)WX11 I3215串聯(lián)的鋰電池組在使用過程中電池組總電壓的變化范圍在33.6 45.6V,。均衡電路中嵌入式處理器A tmega16L與LTC68021均使用5V直流電源供電，因此取電系統(tǒng)的輸出電壓選擇為5V,。由于均衡電路中采用的都是低功耗芯片,，取電系統(tǒng)的輸出功率選擇為5W?；谏鲜鋈‰娤到y(tǒng)的寬電壓輸入的特殊性,，本文中取電系統(tǒng)采用單片開關電源芯片TOPSw itch設計了一種具有輸入電壓范圍寬的開關電源。

1.2 嵌入式處理器及SPI接口

本文選用A tme l公司的AVR系列處理器A tmega16L,，該芯片具有16kb的在線編程Flash程序存儲器,、512字節(jié)EEPROM、2kb SRAM,、32 個通用工作寄存器,、32 個通用I/O口，還具有SPI,、USART 等豐富的外設,。同時，A tmega16L芯片具有低功耗貼片封裝可滿足低功耗均衡電路的設計要求,，芯片豐富的內(nèi)部資源及接口可以完成鋰電池組管理系統(tǒng)的各種功能,。A tmega16L通過SPI總線與LTC6802-1進行通信。

LTC6802-1芯片SPI工作模式固定為CPHA=1,，CPOL=1,，字節(jié)發(fā)送高位在先，可以支持主機最大SPI移位頻率到1MHz,。因此,，在A tmega16L的SPI驅(qū)動函數(shù)編寫中SPI外設控制寄存器要有相同的配置。

本文設計的均衡電路中A tm ega16L通過SPI總線讀取各電池電壓的AD轉(zhuǎn)換值,，然后對電池電壓進行排序,，選擇出最高電壓所對應的電池，接著發(fā)送指令控制LTC6802-1對均衡電路進行操作,。軟件流程如圖2所示,。

 
圖2 電壓采集及均衡控制軟件流程圖

1.3 LTC6802-1電壓采集與均衡電路設計

LTC6802-1芯片內(nèi)置12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，集成了多路模擬開關和高精度基準源。芯片內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換器能夠通過內(nèi)部集成的多路模擬開關采集到電池組內(nèi)單體電池的電壓,，不需要復雜的分壓網(wǎng)絡,，從而方便了采集電路的設計。如圖3所示,，LTC6802-1對各單體電池電壓信號分別通過RC低通濾波連接至LTC6802-1的C（n）引腳,。RC低通濾波器消除了電壓信號中的高頻分量，使得采集的數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定可靠,。

 
圖3 LTC6802-1鋰電池組均衡電路

LTC6802-1芯片除了電壓采集還具備均衡控制功能,。本文設計的均衡電路如圖3所示，該電路主要由開關管和功率電阻組成,，LTC6802-1通過控制開關管來實現(xiàn)高電壓電池的電量釋放,。

2 測試

2.1 LTC6802-1 SPI通信測試

LTC6802-1硬件配置根據(jù)在級聯(lián)結構中的位置可以分為3類：底層、中間層,、頂層,。底層指的是最低電位電池組模塊所對應的LTC6802-1，頂層指最高電壓電池組對應的LTC6802-1,，而中間層是電壓值夾在中間的其他電池組模塊對應的LTC6802-1,。3種位置在外圍電路配置上是有差異的,，具體表現(xiàn)在VMODE,、SDO、TOS 3個管腳,，如表1所示進行配置,。其他硬件管腳在菊花鏈中的連接固定不變。

表1 管腳配置表

在實驗室條件下,，對A tm ega16L接收到的電壓數(shù)據(jù)與高精度電壓表UN IT UT805直接測量數(shù)據(jù)進行對比,，實驗中對4個通道的精度做了對比，如表2所示,，LTC6802-1各個通道的測量誤差小于10mV,。

表2 LTC6802-1電壓采樣值對照表單位

 2.2 均衡效果測試

本文設計的基于LTC6802-1均衡電路在實驗室條件下做了0.2C恒定電流放電測試。測試中選擇4節(jié)PL603759鋰電池串聯(lián)的電池組,，放電負載選用型號為IT8513B的可編程電子負載儀,。使用均衡電路前電池組放電曲線如圖4所示，使用LTC68021均衡電路后電池組放電曲線如圖5所示,，對比可以發(fā)現(xiàn),，均衡前單體電池最大壓差接近70mV，均衡后最大壓差接近20mV,，使用了均衡電路后電池組內(nèi)單體電池的能量一致性有比較明顯的改善,。

 
圖4 使用均衡電路前電池組放電曲線

 
圖5 使用LTC6802-1均衡電路后電池組放電曲線

3 結束語

采用LTC6802-1的均衡電路在4節(jié)電池組應用中得到測試，測試結果表明：本文設計的LTC6802-1均衡電路構成的鋰電池均衡電路具有元件需求少、所占空間小,、均衡效果好,，可靠性高等優(yōu)點，具有較高的實用價值,。