1、均衡電路工作原理

本文基于LTC680221鋰電池組管理芯片設(shè)計(jì)的電池組均衡電路，由取電系統(tǒng)、嵌入式處理器、LTC680221數(shù)據(jù)采集及均衡電路四部分構(gòu)成，電路框圖如圖1所示。

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LTC680221芯片。嵌入式處理器時(shí)均衡電路的核心，一方面通過SPI接口與LTC680221進(jìn)行通信，另一方面對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理。數(shù)據(jù)采集電路主要由LTC680221芯片構(gòu)成，該芯片內(nèi)置了高精度AD轉(zhuǎn)換器，結(jié)合外部濾波電路可以對(duì)鋰電池組參數(shù)實(shí)現(xiàn)精確得采樣。LTC680221芯片均衡接口的特殊設(shè)計(jì)，能夠控制外部均衡電路進(jìn)行工作，簡(jiǎn)化了均衡電路。

1.1取電系統(tǒng)

LTC680221最多能夠管理12節(jié)串聯(lián)的鋰電池組，以萬向電動(dòng)汽車有限公司生產(chǎn)的WX11I3215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)WX11I3215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Atmega16LLTC680221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(guān)電源芯片TOPSwitch設(shè)計(jì)了一種具有輸入電壓范圍寬的開關(guān)電源。

1.2嵌入式處理器及SPI接口

本文選用Atmel公司的AVR系列處理器Atmega16L，該芯片具有16kb的在線編程Flash程序存儲(chǔ)器、512字節(jié)EEPROM、2kbSRAM、32個(gè)通用工作寄存器、32個(gè)通用I/O口，還具有SPI、USART等豐富的外設(shè)。同時(shí)，At2mega16L芯片具有低功耗貼片封裝可滿足低功耗均衡電路的設(shè)計(jì)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。Atmega16L通過SPI總線與LTC680221進(jìn)行通信。

LTC680221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(jī)最大SPI移位頻率到1MHz。因此，在Atmega16L的SPI驅(qū)動(dòng)函數(shù)編寫中SPI外設(shè)控制寄存器要有相同的配置。

本文設(shè)計(jì)的均衡電路中Atmega16L通過SPI總線讀取各電池電壓的AD轉(zhuǎn)換值，然后對(duì)電池電壓進(jìn)行排序，選擇出最高電壓所對(duì)應(yīng)的電池，接著發(fā)送指令控制LTC680221對(duì)均衡電路進(jìn)行操作。軟件流程如圖2所示。