近年來，我國(guó)的霧霾天氣越發(fā)嚴(yán)重，而霧霾的罪魁禍?zhǔn)字痪褪瞧嚾加臀矚?，研究和發(fā)展太陽(yáng)能、風(fēng)能等新型清潔能源成為汽車工業(yè)的必然趨勢(shì)。電動(dòng)自行車電池的安全性、耐用性一直是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素，而電池的關(guān)鍵在于其。

鋰離子電池電動(dòng)汽車作為一種新興的交通工具，能源利用高、無排放、噪聲小，市場(chǎng)發(fā)展前景非常廣闊。電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的重要組成部分。隨著電動(dòng)汽車行業(yè)的高速發(fā)展，其對(duì)電池管理系統(tǒng)的要求也是日益提高。信號(hào)采集單元作為電池管理系統(tǒng)的前端控制部分，采樣的快速精確是電池管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能和精度。本設(shè)計(jì)方法選用電池管理芯片LTC6803采集電池的電壓信號(hào)，并利用其均衡功能設(shè)計(jì)均衡電路，通過SpI與單片機(jī)交換數(shù)據(jù)，提高單體電池電壓檢測(cè)精度、縮短檢測(cè)時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各串電芯的均衡保護(hù)。

電池管理系統(tǒng)重要由12V供電模塊、單片機(jī)控制模塊、LTC6803電壓采集和均衡模塊、溫度采集模塊、電流檢測(cè)模塊、繼電器控制模塊和CAN通信模塊等組成，如圖1所示。本設(shè)計(jì)方法選用LTC6803專用采集芯片進(jìn)行電池電壓信號(hào)的采集，簡(jiǎn)化了硬件電路和布線，并使整個(gè)系統(tǒng)具有開放性和擴(kuò)展性。溫度采集模塊采用熱敏電阻NTC（104F-4150F）配合16路選擇開關(guān)芯片CD4067B來實(shí)現(xiàn)8路溫度的采集，解決LTC6803只帶兩路溫度采集和擴(kuò)展性差的問題。電流檢測(cè)模塊通過LEM霍爾傳感器對(duì)母線電流進(jìn)行精確采樣。采用12V單獨(dú)供電模塊給MCU供電，實(shí)現(xiàn)掉電情況下對(duì)電池狀態(tài)監(jiān)控。通過高速、隔離CAN收發(fā)器與上位控制單元通信。電池管理系統(tǒng)能夠?qū)﹄姵亟M進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保其電壓、電流和溫度等處于合理的狀態(tài)下，并綜合所采集到的電壓、電流和溫度等信息，統(tǒng)一處理分析并估算電池荷電狀態(tài)。在電池組的電壓、電流或溫度出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)通過繼電器控制模塊等及時(shí)切斷電路回路，保證安全。

電池管理系統(tǒng)中電壓信號(hào)采集的準(zhǔn)確性直接影響電池SOC估算的精度和對(duì)電池過壓、欠壓異常狀態(tài)的及時(shí)處理，同時(shí)也影響整個(gè)系統(tǒng)電池均衡控制的有效性。LTC6803是美國(guó)LinearTechnology公司推出的一款多節(jié)電池監(jiān)視芯片，包含了ADC（12位）、電壓基準(zhǔn)（精準(zhǔn)型）、多路電池電壓輸入監(jiān)控、SpI串行通信接口等部分，能方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)電池電壓的精確測(cè)量并易于設(shè)計(jì)均衡控制電路。通過將一個(gè)分立的pMOS器件及電阻連接到電池，并將柵極引出線連接至LTC6803的S引腳，就可在電池電壓偏差較大時(shí)，通過控制S端的開斷來控制MOS的導(dǎo)通，對(duì)電壓較高的電池進(jìn)行放電，直到電壓恢復(fù)到允許的范圍，實(shí)現(xiàn)整組電池的均衡，如圖2。

每個(gè)LTC6803芯片可用來測(cè)量12節(jié)串聯(lián)電池的電壓，并能通過SpI菊鏈方式實(shí)現(xiàn)多個(gè)芯片串聯(lián)，易于擴(kuò)展和維護(hù)，且?guī)缀醪灰褂酶綦x器或者光耦合器進(jìn)行信號(hào)隔離。

電池管理系統(tǒng)信號(hào)采集單元的軟件設(shè)計(jì)，重要是為了實(shí)現(xiàn)以下三點(diǎn)功能。

第一，LTC6803與MCU之間的功能銜接，即SpI總線通信功能；

第二，MCU與CD4067B兩者相互之間的數(shù)據(jù)信息傳輸，即以實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)傳輸為主的功能設(shè)置；

第三，內(nèi)部電池包與整個(gè)控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸、通信功能。

在以上三項(xiàng)功能設(shè)置上，相對(duì)最為復(fù)雜的是SpI總線通信的實(shí)現(xiàn)過程。在具體設(shè)計(jì)上，首先要讀取電池信號(hào)，并對(duì)SpI、LTC6803等進(jìn)行初始化設(shè)置。其中，SpI初始化即對(duì)引腳的功能、數(shù)據(jù)的傳輸格式和傳輸頻率予以初始化設(shè)置；而對(duì)LTC6803初始化是為了判斷寫CFGR寄存器是否成功。待初始化/設(shè)置寄存器之后，則使用已構(gòu)建成功并擁有通信傳輸功能的LTC6803來繼續(xù)讀取電池電壓，并由MCU來發(fā)送LTC6803地址。

電池管理系統(tǒng)對(duì)電池組實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，具有充放電保護(hù)，電壓均衡，SOC計(jì)算等功能，從而保證鋰離子電池的安全使用并延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)提高電動(dòng)汽車性能有重大意義?；贚TC6803的電池管理系統(tǒng)，其信號(hào)采集單元性能穩(wěn)定、精度高，能夠?yàn)殡姵鼐狻⒑呻姞顟B(tài)估算和電壓監(jiān)控供應(yīng)精確數(shù)據(jù)。