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　　本文采用LTC6802采集12只串聯電芯電壓。微處理器MC9S08DZ32利用SPI總線讀取LTC6802采集的串聯電芯的電壓，并控制LTC6802對任意一只電芯進行均衡。同時，利用內置ADC對12只串聯電芯的表面溫度進行采集，通過CAN總線將采集到的12只電芯的電壓、溫度以及均衡狀態上傳到上級控制系統，實時監測12只電芯的工作狀態。以此為基本系統，利用多個基本系統實現對大數量電池串聯構成的電池組的狀態監測。

　　1 系統組成和工作原理

　　1.1 系統組成

　　本文研究的串聯磷酸鐵鋰動力電池組采集系統能夠實現12只動力電池的在線監測。該系統包括以LTC6802為核心的電芯電壓采集和均衡部分，以及以MC9S08DZ32為核心的溫度采集和CAN總線通信部分，如圖1所示。

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　　1.2 工作原理

　　監測系統應用LTC6802采集連接其上的12只電芯的電壓，使用SPI總線完成MC9S08DZ32和LTC6802的通信，讀取采集到的電壓值。通過緊貼在每只電池外殼上的熱敏電阻NTC來獲取12只電芯的表面溫度，并根據讀取到的12只電芯的電壓、溫度決定12只電芯的均衡電路的開關，通過SPI設置LTC6802相應寄存器來啟動關閉均衡。整個系統由嵌入式芯片實現集中控制和動力電池組的在線監測。

　　2 系統硬件設計

　　2.1 電壓采集和均衡部分

　　電壓采集部分以LTC6802為核心。LTC6802是Linear公司推出的一款完整的電池監視IC，它內置1個12位ADC、1個精準電壓基準、1個高電壓輸入多工器和1個串行接口。每個LTC6802能夠在輸入共模電壓高達60 V的情況下測量多達12個串接電池的電壓，而且可把多個LTC6802器件串聯起來以監視長串串接電池中每節電池的電壓。通過運用一個獨特的電平移位串行接口，能夠把多個器件以菊鏈式連接起來，無需使用光耦合器或光隔離器。每個電池輸入均具有一個相關聯的MOSFET開關，用于對過充電電池進行放電。單片機可以通過SPI總線從LTC6802讀取數據，并控制相應電池輸入的MOSFET的導通和關閉，以實現電芯均衡。為了保護LTC6802電壓采集引腳，防止電壓高出最大輸入電壓，在每一個電芯采集輸入端口并聯一個6.2 V穩壓管，并在每個電壓采集引腳前加阻容濾波電路，從而有效地濾除高頻干擾，保證電壓采集的正確性。磷酸鐵鋰動力電池組采集系統的采集電路如圖2所示。

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　　2.2 溫度采集和CAN總線通信部分

　　溫度采集部分采用CD4067，以電阻分壓方式將溫度量轉變成電壓量供MC9S08DZ32內置ADC采集。CD4067是一款數字控制的多路模擬開關，具有開啟電阻低、關斷漏電流小和內部進行地址解碼的優點，且在全輸入范圍內開啟電阻相對穩定。CD4067通過4個二進制控制引腳A、B、C、D和1個Inhibit引腳來選擇16個引腳中的一個與common引腳連通。MC9S08DZ32通過控制A、B、C、D以及Inhibit引腳電平狀態來順序采集12路NTC電阻分壓值，進而通過軟件計算出相應的電阻值，再通過NTC電阻阻值和溫度的對應關系計算出溫度值。由于NTC電阻的電阻值和溫度值呈指數關系，所以在軟件設計中采用了分段線性化的方法來提高溫度采集的精度。

　　該部分以MC9S08DZ32為核心。MC9S08DZ32是Freescale公司的32引腳8位微處理器，芯片體積小功能強大。內部有32 KB Flash存儲器和2 KB的EEPROM在線可編程內存，支持8字節單頁或4字節雙頁擦除分區;執行Flash程序的同時可進行編程和擦除操作;支持擦除取消操作最大4 KB的隨機存取內存(RAM)。此外，它還具有如下特點：24通道，12位分辨率，2.5μs轉換時間，并具有自動比較功能內部ADC;內部集成的CAN模塊支持CAN協議V2.O A/B;支持標準和擴展數據幀;支持遠程幀;具有5個帶有FIFO存儲機制的接收緩沖器和靈活的接收識別符過濾器;內部SPI支持全雙工或單線雙向;雙重緩沖發射和接收;具有主從模式選擇;支持高位優先或低位優先的移位。

　　MC9S08DZ32通過SPI總線與LTC6802進行通信，讀取采集到的電壓值，并根據各只電池的電壓、溫度確定需要均衡的電池。然后，通過SPI設置LTC6802相應寄存器來啟動關閉均衡，同時通過CAN總線將電壓、溫度數據及均衡狀態上傳到上級控制系統。本文采用的CAN芯片為ISO105 0，該芯片集成度高，使用方便，簡化了CAN總線通信部分的硬件設計。

　　3 系統軟件設計

　　在軟件設計中，MC9S08DZ32與LTC6802之間的SPI通信是最為關鍵的一步。因為只有保證可靠的通信，MC9S08DZ32才能夠控制LTC6802進行電芯電壓采集以及控制均衡電路的開啟和關閉。為了實現SPI通信，首先要清楚LTC6802的讀寫時序。LTC6802的讀時序如圖3所示，寫時序如圖4所示。

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　　由讀寫時序可見，每個字節發送時都是高位先發送。寫時序中，SDI引腳的邏輯狀態在SCKI的上升沿被鎖存。讀時序中，在SCKI的上升沿SDO引腳的邏輯狀態是有效的。另外需要注意的是，LTC6802的時鐘相位和極性要求：LTC6802的SPI接口被配置為工作在CPHA=1和CPOL=1的模式下。根據LTC6802的讀寫時序和MC9S08DZ32內部SPI的工作方式，可以寫出MC9S08DZ32 SPI初始化函數、向LTC6802中寫入1字節數據函數以及從LTC9802中讀取一組數據函數的C語言代碼。

　　(1)MC9S08DZ32 SPI初始化函數

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　　(2)向LTC6802中寫入1字節數據函數

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　　(3)從LTC6802中讀取一組數據函數

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　　MC9S08DZ32主要通過調用這3個最基本的函數，實現對LTC6802的一系列高級讀寫控制。監控軟件的整體流程如圖5所示。首先對系統時鐘進行初始化，接著對單片機內部集成的CAN、SPI、ADC以及LTC6802的各項參數進行初始化。循環從LTC6802讀取12支電池電壓和均衡狀態，利用ADC讀取12只電池溫度，根據電壓和溫度設置電芯的均衡電路工作狀態，并通過CAN總線上傳數據給上一級控制器，實現監測功能。

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　　4 結論

　　本文采用Freescale公司的MC9S08DZ32和Linear公司的LTC6802設計了磷酸鐵鋰動力電池組狀態監測系統。該系統能采集12只串聯動力電池電芯的電壓和溫度，對電芯進行均衡，并通過高速的CAN總線上傳待測電芯的電壓、溫度以及均衡狀態。經過實際測試，該系統的電壓采集精度為±4 mV，溫度采集誤差為±1℃。該系統工作穩定可靠，具有重要的應用價值。