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基于LTC6804的電池參數采集系統設計

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年02月12日  

摘要:分析目前電池參數采集的方法,提出采用LTC6804進行電池參數采集的方法。電池參數采集系統硬件包括LTC6804單體電池電壓檢測、NTC溫度檢測、LT3990供電、dspIC30F控制部分、通信隔離等。


1、電池參數采集總體設計


如圖1所示,該電池參數采集系統由電池電壓采集模塊、溫度采集模塊、控制模塊和通信模塊等組成。采用LTC6804對電池包內的12節單體電壓、總電壓和5個溫度點進行采集,在采集轉換結束后通過SpI總線傳輸到控制芯片dspIC30F內,控制芯片通過CAN總線將采集到的數據傳輸到上位機。上位機根據采集到的數據進行SOC估算,并決定是否進行均衡,是否停止充放電,是否開啟安全控制等。每個控制芯片有不同的CAN標識符,因此當有超過12節電池需要進行參數采集時,可以級聯多個該系統以實現目的。


2、電池參數采集硬件設計


該系統的核心器件是Linear公司的LTC6804,可以測量多達12個串聯電池的電壓,并具有低于1.2mV的總測量誤差,測量范圍為0~5V。所有12節電池的電壓可以在290s內完成測量,并可以選擇較低的數據采集速率以實現高噪聲抑制。


LTC6804提供ISOSpI和SpI兩種通信模式,最大通信速率為1Mbps。硬件電路如圖2所示。


2.11LTC6804供電


LTC6804通過V+和Vreg兩個引腳供電。V+通過一個RC低通濾波器(100/100nF)連接到12電池的最高電位。Vreg引腳提供所需的大部分功率,應施加5±0.5V的電壓。可根據圖3為Vreg進行供電,該供電模式器件簡單,容易實現。LTC6804有休眠、待命、測試等狀態,通過不同狀態的切換達到完成測量節省功耗的目的。當LTC6804處于休眠狀態時,DRIVE引腳無輸出,此時Vreg引腳為低電平。由于該系統需要為通信隔離器ADUM1411供電,需要Vreg一直處于供電的狀態,因此選用LT3990輸出穩定的5V電壓供給Vreg和ADUM1411。LT3990供電原理圖如圖4


2.2單體電壓檢測


如圖2所示,將串聯的12節單體電池分別接入CIN_0到CIN_12。LTC6804內部AD具有27kHz、14kHz、7kHz、3kHz、2kHz、26Hz6種模式。考慮到ADC的轉換速度、分辨率和總測量誤差,選用標準7kHz的速率。LTC6804內部的ADC具有一個-0.82V至5.73V的近似范圍,復讀數被取整至0V,LSB代表100uV。因此,一個0x4000的讀數表示1.024V。當AD轉換完成后,通過SpI總線將數據傳給MCU。LTC6804的SpI接口作為從設備,與MCU之間采用磁耦隔離,減少電池側對數字電路的影響。


2.3總電壓檢測


LTC6804的測量內部器件參數(ADSTAT)命令是用于測量電池電壓總和、內部芯片溫度、模擬電源和數字電源四個參數的命令。在測量電池電壓總和時,將C12和C0之間的電壓衰減20倍,然后進行采集。


因此:


V實=DATA20100V(1)


式(1)中,V實為實際總電壓,DATA為ADC轉換后的數值。


2.4溫度檢測


LTC6804的5個GpIO口可以作為模擬輸入口,與C口具有相同的電壓范圍和ADC分辨率。LTC6804的VREF2引腳專為溫度檢測所需的電流而設計,標稱值為3V。采用NTC進行溫度檢測,電路圖如圖5。電池包內的5個NTC在25℃時精度為1%、阻值為10k。偏置電阻的選擇根據NTC決定,選用精度為1%的10k的電阻作為偏置電阻。因此,在25℃時GpIO口電壓為1.5V。在每個采樣點添加一個0.1F的瓷片電容,濾除高頻干擾,提高采樣精度。


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