基于STM32和LTC6803的电池管理系统设计

基于ＳＴＭ３２和ＬＴＣ６８０３的电池管理系统设计

陈仕俊，

郑敏信，

满庆丰

（北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京１００１９１）

摘要：设计了一种基于Ｓ．『－Ｍ３２和ＬＴＣ６８０３的纯电动汽车锂电池管理系统，旨在提高单体电池电压检测的精度，缩短检测时间，并实现了自动均衡的功能。给出了系统的软硬件设计方法，其中硬件包括电压采样、电流采样和Ｌ１℃６８０３的接口电路等电路。并采用结合开路电压法和安时积分法的电池荷电状态（Ｓ０ｃ）估算方法，实现对电池剩余电量的精确估算。

关键词：电池管理系统；ＳＴＭ３２；ＬＴＣ６８０３；ＳＯＣ估算中图分类号：ＴＭ

９１２．９

文献标识码：Ａ文章编号：１００２—０８７×（２０１５）０２一０２８０一０３

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ｜．ｔｈｉｕｍ—ｉｏｎｂａｔｔｅｗｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ（ＢＭＳ）ｂａｓｅｄｏｎｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆＯｒｅＩｅｃｔｒｉｃａＩ

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ＫｅＶｗｏｒｄｓ：ＢＭＳ：ＳＴＭ３２：Ｌ＿ＴＣ６８０３：ＳＯＣｅｓｔｉｍａｔｉＯｎ

纯电动汽车作为一种新兴的交通工具，由于其能源利用率高、无排放、噪声小以及能量来源多样化等优点成为汽车行业一个重要的部分。然而随着电动汽车业的迅猛发展，对动力电池管理系统的要求也越来越高…。电池管理系统能实现对电池组运行状态的动态监控，精确估算电池的剩余电量，同时对电池进行充放电保护，自动均衡，安全管理等功能，确保电池工作在合理的状态下，从而保证电池安全可靠使用、充分发挥电池性能和延长使用寿命，对提高电动车性能有重大意义删。

本文设计的电池管理系统是针对一种适用于景区观光、园区巡查等实用小型电动车而研发的，根据此车型的参数可计算出所需电池的容量，并设计出适合此车型的电池箱体。由于所设计车型空间受限，电池组共分为两个箱体，所以采用的是“主从式”分布结构，通过ＣＡＮ总线进行通信。采用多节电池电池组监视器芯片ＬＴｃ６８０３采集单体电池的电压，通过ＳＰＩ与单片机交换数据，并利用其均衡功能设计均衡电路对电池组进行均衡保护。

表１

ｌＵ动乍参数

电动车参数表

值

２００２２５

乍总质量Ｍ埏

迎风面积爿／ｍ２平均乍速虬／（ｋｍ．ｈ１）

续驶里程Ｌ／ｌｃＩＴｌＩＵ池组端电压ｕ，ｖ窄气阻尼系数ｃｄ摩擦系数，传动系效率ｙ

３０１２０

４８

Ｏ３５ＯＯｌ５

０７２

平均车速下的额定功率公式如下：

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３６００ｙ

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Ｊ

㈤

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由公式（１）、（２）、（３），得出：ｃ≥２０２．５

Ａｈ。

（２）

（３）

鉴于锂离子电池相对其他电池有着比能量和比功率高、循环使用寿命长、自放电小、质量轻、温度适应范围宽等优点，所以本系统选用锂离子电池。根据计算所得，决定采用３０只容量为３．２ｖ１００Ａｈ的单体电池，并按２并１５串方式组成一个４８Ｖ的电池组。再根据整车的空间分布，将电池组分成一个有１２个单体电池和一个有１８块单体电池的２个电池箱体。

１电池管理系统总体方案设计

１．１根据电动车选型电池

所应用的电动车参数如表１。

收稿日期：２０１４—０７一０３

基金项目：“高档数控机床与基础制造设备”科技重大专项（２０１ＯＺ×０４０１

４一０１７）

作者简介：陈仕俊ｆ１９８７一），男，海南省人，硕士，主要研究方向为工业控制和现场总线。

１．２电池管理系统的总体结构

本系统分为主控和从控两个部分，其中从控板安装在电

２０１５．２

Ｖ０１．３９

万方数据

Ｎｏ．２

２８０

团囝—目＆蛋龃里鏊筮至

池箱ｌ中，负责采集箱体１所有单体电池电压值和箱体总电压值，以及电池箱的温度等信息，并通过ｃＡＮ总线将数据发送给主控板。

主控板放在电池数目较多的电池箱２中，负责采集电池箱的所有单体电池电压、总电压值、电池箱的温度和两个电池箱的总电流值等信息。并结合从控板发送来的箱体Ｉ的电池工作信息，对整个系统进行电池荷电状态ｓｏｃ估算，均衡控制和安全管理等，如图１所示。

充电控制

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充电＋

熔断器

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图３

１２０／１％

ＬＴＣ６８０３单路电压检测电路

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图１

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电池组的总体结构

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接艇器２车载电源

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放电＋

风扇载电源

２硬件设计

为了实现对电池组的实时动态保护，电池管理系统应具备实时检测电池组状态、精确估算ｓｏｃ、均衡保护、安全管理、显示和存储电池工作信息等功能。

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图４

电池总电流采集电路

电压采样采用的是电阻分压法，通过同时采集电池组的最高电压和最低电压，计算出两点电势差值，就是电池组的总电压值，如图５所示。

２．１硬件总体结构设计

本系统采用ＳＴ公司的高性能、低成本、低功耗的ＳＴＭ３２Ｆ１０７ｖＣＴ６微控制器，此电池管理系统从功能上来看，主要包括采样模块，通信模块，显示模块，存储模块等，其硬件框图如图２所示。

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图５电池总电压采集电路

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图２

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３软件设计

该系统通过采集模块实时检测单体电池电压、电池组总电压、总电流和温度值等工作信息，以及Ｄｓ３２３ｌ组成的时钟模块提供的标准时间，记录到外扩ＦＬＡｓＨ存储芯片２５ＬＣ６４０中。可通过Ｒｓ２３２串口与电脑通信，查阅存储的工作信息记录。同时两个电池箱之间及电池箱和整车之间通过ＣＡＮ总线通信，及时将系统的工作信息传送给整车控制器。总流程图如图６所示。

Ｓｏｃ估算策略：本论文采用目前应用较为广泛且成熟的一种ｓＯＣ估算策略，利用安时积分法和开路电压法相结合的综合策略［５１。

（１）初始ｓＯＧ估算。如果驻车时间间隔小于１．５ｈ，则将上次掉电时记录的ｓｏｃ值作为当前的ｓｏＧ；若超过１．５ｈ后，则用开路电压法对ｓＯｃ进行估算，即测量当前开路端电压，并对比０ｃｖ和ｓｏｃ的对应关系，得到ｓｏｃ的初始值ｓＯＧ。用该方法可以有效地去除在电动车停放过程中由于自放电因素造成的ｓｏｃ的降低，减少直接采用上次掉电时记录的ｓｏｃ值作为当前ｓＯＧ带来的误差。

电池管理系统硬件框图

２．２实时采样和均衡模块

为了实现有效地管理电池组工作状态，实时精确地检测电池组的工作电压、电流和温度是一个重要的前提。数据采集的精确程度对电池管理系统的性能影响有着直接关系。同时，实时检测电池工作状态，可以在出现电压过高或过低，温度过高，电流过大等危险异常情况发生时，立即切断电源，保护电池组。

图３是ＬＴｃ６８０３的单路电池采集和均衡电路。通过将一个分立的ＰＭ０ｓ器件及电阻连接到电池，并将栅极引出线连接至ＬＴＣ６８０３的ｓ引脚，当需要对单体电池放电时，将电路导通对其放电，实现整组电池的均衡１４１。

总电流采样选用了原副边额定电流２００～１００ｎ徂，转换

率为２ｏｏＯ：ｌ的闭环型霍尔电流传感器，采集的是正负电流信号，再转换成ＳＴＭ３２的ＡＤＣ模块需要的０～３．３Ｖ电压信号，其电流采样电路设计如图４所示。

万方数据

２８１

２０１５．２Ｖ０１．３９Ｎ０．２

壑鎏煎奎团匦譬瑚

ｓＯｃ值；ｙ．表示电流为邝寸的充放电效率；Ｇｌ表示电池的标称电容。

４结论

电池管理系统是电动车不可或缺的一个部分，它结合检测和控制技术，对电池组进行有效的管理。本系统采用了ｓＴＭ３２＋ＬＴｃ６８０３的结构，具有速度快、性能高、成本低等特点。采用Ｌｉｎｅａｒ公司的多节电池的电池组监视器芯片ＬＴｃ６８０３，最多可同时采集１２个单体电池的电压，且精度很高，只有０．２５％的最大总测量误差，达到提高采样精度，缩短采样时间的效果。且本系统还具有自动均衡的功能，避免出现充放电不均衡的问题。本电池管理系统能达到实现提高电动车运行可靠性，延长电池使用寿命的作用。

图６

系统软件流程图

参考文献：

［１］

（２）过程ｓｏｃ，估算。过程ｓＯｃ的估算策略主要采用安时

积分法，对采样电流进行时间积分（鲁出算出消耗的电量，然

后再用初始ｓＯＣ０减去Ｑｒ，即为当前ｓＯｃ，。

［２］

［３］

∞ｃｒ＝∞Ｃｏ—Ｊｊ争‘

（４）

【４】【５］

式中：ｓＯｅ表示电池的过程ｓＯｃ值；ｓＯＧ表示电池的初始

张国红，崔纳新，樊娟娟．电动汽车锂离子电池管理系统设计［ｃ］／／２０１１中国电工技术学会学术年会论文集．济南：中国电工技术学会，２０１１：４４１．４４４．

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南金瑞，孙逢春，王建群．纯电动汽车电池管理系统的设计及应用［Ｊ］清华大学学报，２００７（ｚ２）：１８３１一１８３４．

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Ｖ０１．３９ＮＯ．２

基于STM32和LTC6803的电池管理系统设计

作者：

作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

陈仕俊， 郑敏信， 满庆丰， CHEN Shi-jun， ZHENG Min-xin， MAN Qing-feng北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京,100191电源技术

Chinese Journal of Power Sources2015,39(2)

参考文献(5条)

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2.郑敏信,齐铂金,吴红杰 基于双CAN总线的电动汽车电池管理系统[期刊论文]-汽车工程 2008(9)

3.南金瑞,孙逢春,王建群 纯电动汽车电池管理系统的设计及应用[期刊论文]-清华大学学报（自然科学版） 2007(z2)4.王旭光,高明煜 LTC6802在锂电池组均衡电路中的应用[期刊论文]-杭州电子科技大学学报 2011(2)5.蒋炜,陈立剑,陈方亮 动力锂电池组管理系统的SOC估算研究[期刊论文]-船电技术 2011(6)

引用本文格式：陈仕俊.郑敏信.满庆丰.CHEN Shi-jun.ZHENG Min-xin.MAN Qing-feng 基于STM32和LTC6803的电池管理系统设计[期刊论文]-电源技术 2015(2)