锂电池组均衡电路工作原理

该文介绍了LTC680221芯片在锂电池组均衡电路中的运用，规划的均衡电路以电池电压为均衡判据，利用LTC680221芯片收集电压、温度，Atmega16L单片机经过SPI方法读取电池组的电压和温度值，并进行相应均衡办理和电池组维护。

1、均衡电路作业原理

本文基于LTC680221锂电池组办理芯片规划的电池组均衡电路，由取电体系、嵌入式处理器、LTC680221数据收集及均衡电路四部分构成，电路框图如图1所示。

取电体系是均衡电路的供电，电源取自锂电池组，并提供应低功耗嵌入式处理器与LTC680221芯片。嵌入式处理器时均衡电路的中心，一方面经过SPI接口与LTC680221进行通讯，另一方面对获得的数据进行简单的处理。数据收集电路主要由LTC680221芯片构成，该芯片内置了高精度AD转化器，结合外部滤波电路能够对锂电池组参数完成准确得采样。LTC680221芯片均衡接口的特别规划，能够操控外部均衡电路进行作业，简化了均衡电路。

1.1取电体系

LTC680221最多能够办理12节串联的锂电池组，以万向电动汽车有限公司出产的WX11I3215锂电池为例，单体电池在运用过程中电压在2.8—3.8V改变，12节WX11I3215串联的锂电池组在运用过程中电池组总电压的改变范围在33.6—45.6V。均衡电路中嵌入式处理器Atmega16LLTC680221均运用5V直流电源供电，因而取电体系的输出电压挑选为5V。由于均衡电路中选用的都是低功耗芯片，取电体系的输出功率挑选5W。基于上述取电体系的宽电压输入的特别性，本文中取电体系选用单片开关电源芯片TOPSwitch规划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atmel公司的AVR系列处理器Atmega16L，该芯片具有16kb的在线编程Flash程序存储器、512字节EEPROM、2kbSRAM、32个通用作业寄存器、32个通用I/O口，还具有SPI、USART等丰厚的外设。一起，At2mega16L芯片具有低功耗贴片封装可满足低功耗均衡电路的规划要求，芯片丰厚的内部资源及接口能够完结锂电池组办理体系的各种功能。Atmega16L经过SPI总线与LTC680221进行通讯。

LTC680221芯片SPI作业形式固定为CPHA=1，CPOL=1，字节发送高位在先，能够支撑主机最大SPI移位频率到1MHz。因而，在Atmega16L的SPI驱动函数编写中SPI外设操控寄存器要有相同的装备。

本文规划的均衡电路中Atmega16L经过SPI总线读取各电池电压的AD转化值，然后对电池电压进行排序，挑选出最高电压所对应的电池，接着发送指令操控LTC680221对均衡电路进行操作。软件流程如图2所示。

1.3LTC680221电压收集与均衡电路规划

LTC680221芯片内置12位模数转化器，集成了多路模拟开关和高精度基准源。芯片内置的AD转化器能够经过内部集成的多路模拟开关收集到电池组内单体电池的电压，不需要复杂的分压网络，从而方便了收集电路的规划。如图3所示，LTC680221对各单体电池电压信号别离经过RC低通滤波连接至LTC680221的C（n）引脚。RC低通滤波器消除了电压信号中的高频分量，使得收集的数据愈加安稳牢靠。

LTC680221芯片除了电压收集还具有均衡操控功能。本文规划的均衡电路如图3所示，该电路主要由开关管和功率电阻组成，LTC680221经过操控开关管来完成高电压电池的电量开释。

2、测验

2.1LTC680221SPI通讯测验

LTC680221硬件装备依据在级联结构中的方位能够分为3类：底层、中间层、顶层。底层指的是最低电位电池组模块所对应的LTC680221，顶层指最高电压电池组对应的LTC680221，而中间层是电压值夹在中间的其他电池组模块对应的LTC680221。3种方位在外围电路装备上是有差异的，具体表现在VMODE、SDO、TOS3个管脚，如表1所示进行装备。其他硬件管脚在菊花链中的连接固定不变。

在试验室条件下，对Atmega16L接收到的电压数据与高精度电压表UNI2TUT805直接测量数据进行比照，试验中对4个通道的精度做了比照，如表2所示，LTC680221各个通道的测量误差小于10mV。

2.2均衡作用测验

本文规划的基于LTC680221均衡电路在试验室条件下做了0.2C恒定电流放电测验。测验中挑选4节PL603759锂电池串联的电池组，放电负载选用型号为IT8513B的可编程电子负载仪。运用均衡电路前电池组放电曲线如图4所示，运用LTC680221均衡电路后电池组放电曲线如图5所示，比照能够发现，均衡前单体电池最大压差挨近70mV，均衡后最大压差挨近20mV，运用了均衡电路后电池组内单体电池的能量一致性有比较显着的改善。

3、结束语

选用LTC680221的均衡电路在4节电池组运用中得到测验，测验结果表明：本文规划的LTC680221均衡电路构成的锂电池均衡电路具有元件需求少、所占空间小、均衡作用好，牢靠性高级优点，具有较高的实用价值。