趙波+徐垚

摘 要：設(shè)計(jì)了一種基于LTC6803的鋰電池管理系統(tǒng)（BMS）。系統(tǒng)由鋰電池監(jiān)控、鋰電池充電管理、控制器、LCD顯示和鋰電池組。并實(shí)際制作了樣機(jī)，測(cè)試系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)和指標(biāo)，均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：BMS；電池管理系統(tǒng)；LTC6803

0 引言

鋰離子電池具有電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好、自放電小的特點(diǎn)[1]。然而，由于單個(gè)鋰電池的內(nèi)部特性不一致，如果沒(méi)有一種有效的充放電管理方案，將不可避免地導(dǎo)致動(dòng)力鋰電池組中某個(gè)或某幾個(gè)鋰電池過(guò)充過(guò)放，而其他的鋰電池則總處于“饑餓”狀態(tài)，不但不能發(fā)揮出動(dòng)力鋰電池組的最大功效，而且將嚴(yán)重地縮短鋰電池組的壽命，甚至有可能發(fā)生爆炸。所以，一種可靠?jī)?yōu)良的動(dòng)力鋰電池組的充放電管理方案對(duì)于鋰電池的推廣應(yīng)用意義重大[2]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于鋰離子電池組均衡控制的研究主要分為電池組的電量管理系統(tǒng)研究、電池組的均衡管理系統(tǒng)研究和電池組的狀態(tài)管理系統(tǒng)研究三大部分[3]。本文設(shè)計(jì)了一種基于LTC6803的鋰電池管理系統(tǒng)，使用松下的18650型鋰電池，LTC6803采樣單體電池的電壓，采用主動(dòng)均衡實(shí)現(xiàn)各個(gè)單體之間的均衡。采用BQ24610設(shè)計(jì)了DC/DC方式的鋰電池充電管理。并實(shí)際制作了樣機(jī)，測(cè)試系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)和指標(biāo)，均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 總體方案

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)由鋰電池監(jiān)控、鋰電池充電管理、控制器、LCD顯示和鋰電池組組成。其中鋰電池監(jiān)控采用LTC6803-4，控制器采用C8051F040，鋰電池充電管理采用BQ24610，LCD顯示采用1602標(biāo)準(zhǔn)LCD顯示，鋰電池組采用Panasonic的NCR18650A。S1和S2分為作為鋰電池監(jiān)控和鋰電池充電管理的切換。

各部分的主要功能如下：

（1）鋰電池監(jiān)控：采用Linear Technology公司的鋰電池監(jiān)控芯片LTC6803-4，該芯片最多可以測(cè)量12 Cell的鋰電池。鋰電池監(jiān)控主要完成鋰電池電壓測(cè)量，過(guò)壓欠壓檢測(cè)，以及電阻均衡放電控制。

（2）鋰電池充電管理：鋰電池充電管理采用Texas Instruments公司的鋰電池充電管理芯片BQ24610。該芯片最多可以對(duì)6 Cell的鋰電池進(jìn)行充電。充電接口用于外部電壓的輸入，對(duì)鋰電池組進(jìn)行充電。

（3）控制器：控制器采用Silicon Labs的C8051F040，控制器主要完成對(duì)鋰電池監(jiān)控、鋰電池充電管理以及繼電器切換的控制。控制器與鋰電池監(jiān)控采用SPI接口進(jìn)行通信，控制鋰電池監(jiān)控芯片LTC6803-4完成電壓測(cè)量、過(guò)壓過(guò)放以及電阻均衡放電控制。控制器與鋰電池充電管理采用GPIO進(jìn)行通信，控制鋰電池充電管理芯片BQ24610完成鋰電池的充電，充電狀態(tài)指示?？刂芁CD1602顯示，完成BMS信息的顯示，以及各種系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行指示。

（4）LCD顯示：LCD顯示采用標(biāo)準(zhǔn)LCD1602，該LCD可以顯示2行，16列，一共32個(gè)字符。用于顯示BMS信息，包括各個(gè)Cell的電壓，過(guò)壓過(guò)放顯示等。

（5）鋰電池組：鋰電池組采用Panasonic的NCR18650A，該鋰電池具有3100mAh容量。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 鋰電池充電管理電路設(shè)計(jì)

鋰電池充電管理電路如圖2所示。BQ24610是德州儀器公司生產(chǎn)的具有系統(tǒng)電源選擇和低靜態(tài)電流的獨(dú)立、同步、開關(guān)模式鋰或者鋰聚合物電池充電器。BQ24610使用方便，設(shè)計(jì)時(shí)只需要完成：（1）用電阻分壓器設(shè)定BQ24610的引腳ISET1、引腳ISET2和引腳ACSET的電壓，從而分別設(shè)定鋰電池充電曲線中的快充電流、預(yù)充電流和啟動(dòng)動(dòng)態(tài)電源管理的電流。用電阻分壓器設(shè)定引腳VFB的電壓，從而設(shè)定鋰電池充電曲線中的充電電壓；（2）BQ24610屬于同步Buck控制器，設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)Buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中輸入電容、輸出電容、電感和MOSFET的參數(shù)計(jì)算，選擇滿足設(shè)計(jì)需求的輸入電容、輸出電容、電感和MOSFET。（3）此外，還包括用來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電源管理的三個(gè)MOSFET的選擇，分別是引腳ACDRV驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)背靠背的MOSFET和引腳BATDRV驅(qū)動(dòng)的一個(gè)MOSFET，設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮燃料電池的電壓電流和鋰電池的電壓電流，選擇滿足設(shè)計(jì)需求的MOSFET。

2.2 鋰電池監(jiān)控電路設(shè)計(jì)

鋰電池監(jiān)控電路如圖3所示。包括鋰電池監(jiān)控芯片LTC6803-4，以及P Channel和功率電阻構(gòu)成的電阻放電電路。該電路最多可以同時(shí)對(duì)12 Cell的鋰電池進(jìn)行監(jiān)控。LTC6806-4左邊為MOSFET控制開關(guān)的電阻放電電路，共12組。圖中33R電阻為功率電阻，用于對(duì)單體電池進(jìn)行電阻放電。發(fā)光二極管和475R電阻構(gòu)成LED指示燈電路，當(dāng)LTC6803-4控制MOSFET導(dǎo)通時(shí)，LED指示燈亮，MOSFET截止時(shí)，LED指示燈滅。3.3K、100R、0.1uF以及N Channel MOSFET RQJ0303PGDQA構(gòu)成MOSFET開關(guān)電路，LTC6803-4控制MOSFET導(dǎo)通與否，控制單體電池對(duì)功率電阻放電，從而實(shí)現(xiàn)電阻均衡。

LTC6803-4 Pin 1V+是電源供電引腳，輸入電壓54V，R45和C9構(gòu)成RC濾波電路。32 Pin VREG是線性電壓調(diào)整輸出引腳，必須外接一個(gè)1uF的旁路電容。Pin 31 VREF是3.065V電壓參考輸出，必須外接一個(gè)1uF的旁路電容。CSBI、SDO、SDI和SCKI是SPI接口，連接到控制器的SPI接口。由于系統(tǒng)只采用一片LTC6803-4，因此，A0、A1、A2和A3連接到地，將地址固定為0。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)了一種基于LTC6803的鋰電池管理系統(tǒng)（BMS）。系統(tǒng)由鋰電池監(jiān)控、鋰電池充電管理、控制器、LCD顯示和鋰電池組。并實(shí)際制作了樣機(jī)，測(cè)試系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)和指標(biāo)，均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖湘寧，陳征，劉念.可再生能源與電動(dòng)汽車充放電設(shè)施在微電網(wǎng)中的集成模式與關(guān)鍵問(wèn)題[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，28（2） ：1-14.

[2] 陳淵睿，伍堂順，毛建一.動(dòng)力鋰電池組充放電智能管理系統(tǒng)[J].電源技術(shù)，2009，33（8）：666-670.

[3] 楊書華，鄒鵬，石文榮，等.鋰離子電池能量均衡系統(tǒng)研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2013，39（11）：60-66.