基于STM32和LTC6804的电池管理系统设计

基于LTC6804的电池参数采集系统设计
 摘要：分析目前电池参数采集的方法，提出采用LTC6804 进行电池参数采集的方法。

电池参数采集系统硬件包括LTC6804 单体电池电压检测、NTC 温度检测、LT3990 供电、dsPIC30F 控制部分、通信隔离等。

 1、电池参数采集总体设计
 如图1所示，该电池参数采集系统由电池电压采集模块、温度采集模块、控制模块和通信模块等组成。

采用LTC6804对电池包内的12节单体电压、总电压和5个温度点进行采集，在采集转换结束后通过SPI总线传输到控制芯片dsPIC30F内，控制芯片通过CAN总线将采集到的数据传输到上位机。

上位机根据采集到的数据进行SOC估算，并决定是否进行均衡，是否停止充放电，是否开启安全控制等。

每个控制芯片有不同的CAN标识符，因此当有超过12节电池需要进行参数采集时，可以级联多个该系统以实现目的。

 
 2、电池参数采集硬件设计
 该系统的核心器件是Linear公司的LTC6804，可以测量多达12个串联电池的电压，并具有低于1．2mV的总测量误差，测量范围为0～5V。

所有12节电池的电压可以在290μs内完成测量，并可以选择较低的数据采集速率以实现高噪声抑制。

基于STM32的电池管理系统设计阮超鹏　敖银辉　黄志鹏广东工业大学 机电工程学院 广东省广州市 510006摘 要： 电动汽车电池系统由动力电池组和电池管理系统组成。

为了更好指导整车电池系统的开发，现以一组动力电池为控制对象，基于STM32芯片设计设计一个电池管理系统。

设计过程中根据电池特性和供电需求确定电池管理系统的拓扑结构，通过划分功能模块进行硬件模块电路设计和软件开发，制作一个电池管理系统。

实验证明设计的电池管理系统能够对电池组进行信息采集和处理，通过显示屏反馈数据，并对电池组进行保护，对整车的电池管理系统设计起指导作用。

关键词：电池管理系统　硬件电路设计　功能模块　STM321　引言在当今时代，汽车作为重要的交通工具为人们的出行提供了极大的便利，日益凸显了其重要的作用[1]，然而人们在使用传统燃油汽车的过程中会不可避免的产生大量的有害废气。

为了应对环境污染与能源危机带来的问题，选择开发新能源汽车是一条可行的道路。

随着人们社会水平的不断提升，人们越来越重视自然环境的保护。

只有不断的推广新能源汽车，才能够在根本上节能环保[2]。

电动汽车已成为目前汽车市场发展的主流趋势，电动汽车与传统燃油汽车最大的区别是用动力电池作为动力驱动，而作为衔接电池组、整车系统和电机的重要纽带，电池管理系统BMS的重要性不言而喻。

电动汽车与传统燃油汽车最大的区别是用动力电池作为动力驱动。

作为动力储存系统，动力电池因其能高效地储存和输送能量，在动力储存系统领域发挥着重要地作用[3]。

电动汽车动力电池包是电动汽车的核心部件之一，为整车提供驱动电能，目前电动汽车常用的动力电池主要有铅酸电池、氢镍电池和锂离子电池。

BMS与动力电池密切相关，不论车辆是在充电还是在正常运行使用，BMS 都需要准确可靠的完成对各单体电池的电流、电压、温度等状态进行实时检测和诊断。

电池管理系统的基本功能主要包括电池状态数据的采集、电池状态检测、各电池组电量的均衡管理、热管理、安全保护等，总体来说可分为检测、管理和保护三大部分[4]。

电动汽车动力锂电池组电源管理系统设计张辉;李艳东;李建军;赵丽娜【摘要】电动汽车的快速发展,对于动力锂电池进行管理是必不可少的.在电池进行充电时,对电池状态的监控及均衡充电可很好地保护电池的寿命和安全.在需要对大量电池进行管理时,可以通过CAN通信将需要监控的电池进行统一管理.为了更好的管理电池,采用了液晶显示器和上位机对电池进行监控.当电池充电发生故障或者电池充满时,通过电压组的均衡来保护电池组,并发出相应的提示信号.在控制设计方面,主控制处理器采用的是DSP处理器,芯片采用的是C语言编程,通信方式运用了SCI、SPI、CAN等传输形式.上位机是在LabVIEW开发平台上进行设计.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2016(040)007【总页数】5页(P1407-1411)【关键词】DSP;电池管理;上位机;CAN总线【作者】张辉;李艳东;李建军;赵丽娜【作者单位】齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院,黑龙江齐齐哈尔161006;齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院,黑龙江齐齐哈尔161006;齐齐哈尔大学理学院,黑龙江齐齐哈尔161006;齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院,黑龙江齐齐哈尔161006【正文语种】中文【中图分类】TM912为了缓解全国环境污染问题，纯电动汽车得到了快速的发展。

而纯电动汽车发展的瓶颈之一却又在动力蓄电池方面，这给纯电动汽车在续航、动力和安全方面带来了很多麻烦，在蓄电池技术没有很大改进的前提下，对纯电动汽车提升性能方面目前最有效的方法是对电池的管理，使其在电池寿命、安全、续航等方面得到很大的改善，所以说一个好的电池管理方案对纯电动汽车是至关重要的[1]。

人们很早就对电池的管理开始进行了研究，并且取得了很大的成就。

早在1997年日本青森工业研究中心就开始对BMS的实际应用进行研究，美国Villanova大学和USNanocorp公司已经合作多年对各种类型的电池SOC进行基于模糊逻辑的预测，丰田、本田及通用汽车公司等都把BMS纳入技术开发重点[2-3]。

基于STM32的电动汽车动力电池管理系统设计随着对环境保护和汽车技术的不断追求，电动汽车逐渐取代传统燃油汽车成为人们的首选。

作为电动汽车的核心组成部分之一，动力电池的管理系统在保证车辆性能和安全的同时起着至关重要的作用。

本文将基于STM32单片机介绍电动汽车动力电池管理系统的设计。

一、电动汽车动力电池管理系统的概述动力电池管理系统是电动汽车控制系统中的一个重要模块，主要用于监测、控制和保护动力电池组。

其主要功能包括电池组的电压、电流、温度的监测与采集，对电池组进行均衡和充放电控制，以及电池过充、过放和过温等异常条件的检测和保护。

二、STM32单片机的选择STM32单片机具有功耗低、性能强大、集成度高等特点，是嵌入式系统设计的理想选择。

在电动汽车动力电池管理系统设计中，STM32单片机可以实现对电池组各种参数的高精度采集与控制，具备良好的可靠性和稳定性。

三、电池组参数的采集与控制1. 电池组电压采集：通过电压分压电路和模数转换器实现对电池组电压的采集，并通过STM32单片机进行精确测量和数据处理。

2. 电池组电流采集：采用电流传感器和模数转换器对电池组电流进行实时监测，实现对电池组的充放电控制。

3. 电池组温度采集：通过温度传感器实时测量电池组温度，并结合STM32单片机的温度补偿功能，对电池组的温度进行精确控制。

4. 电池组均衡控制：根据对电池组电压的监测和比较，通过控制均衡电路，实现对电池组各个单体电池的均衡充放电，从而提高电池组的使用寿命和性能。

四、电池异常状态的监测与保护1. 过充保护：当电池组电压超过设定阈值时，系统会自动切断充电电路，避免电池过度充电造成安全隐患。

2. 过放保护：当电池组电压低于设定阈值时，系统会自动切断负载电路，保护电池组避免过度放电。

3. 过温保护：通过温度传感器实时监测电池组温度，当温度超过设定阈值时，系统会自动采取保护措施，如切断充电和放电电路，保证电池组的安全运行。

基于STM32的LTC6804驱动代码解析 在上次项⽬中⽤到了LTC6804这块⽚⼦，初次使⽤它的采集精度确实令我惊讶到了，设备⽤于监测2V的铅酸电池组，硬件上⼏乎没有加任何滤波，直接读取数据就能达到3mv以下的精度，⽚⼦真的很好⽤。

下⾯总结⼀下⾃⼰的使⽤⼼得。

------------------------------------------------------------------------------------------------ LTC6804是⼀款专门⽤来做多节电池电池组的监测芯⽚，最⾼可监测12节电池，官⽅误差是低于1.2mv，12 个通道的最快采样速度可以达到290us。

芯⽚分为两种型号，6804-1和6804-2，区别在于，6804-1采⽤级联的形式（级联控制），6804-2采⽤并联形式（分开控制）。

除开硬件连接之外，这两种型号的操作都是⼤同⼩异，基本可以视为⼀样，本⽂以6804-1为例进⾏讲解。

原理图和⼿册中的推荐⼀样，就不贴出来了，MCU与芯⽚的通信⽅式采⽤四线SPI，这种通信⽅式很常见，各种MCU的驱动也好找。

（看了数据⼿册，芯⽚似乎还⽀持IIC和2线通信，不过我没有⽤） 下载下来的代码是C++⽂件，不能直接在STM32上使⽤，需要进⾏⼀些修改。

⾸先修改后缀名，改成C⽂件，然后打开LTC6804.c⽂件。

第⼀步进⾏驱动的移植：void spi_write_array(uint8_t len, // Option: Number of bytes to be written on the SPI portuint8_t data[] //Array of bytes to be written on the SPI port){uint8_t i;for(i = 0; i < len; i++){SPI2_Send_byte((int8_t)data[i]);}}void spi_write_read(uint8_t tx_Data[],//array of data to be written on SPI portuint8_t tx_len, //length of the tx data arryuint8_t *rx_data,//Input: array that will store the data read by the SPI portuint8_t rx_len //Option: number of bytes to be read from the SPI port){uint8_t i;for(i = 0; i < tx_len; i++){SPI2_Send_byte(tx_Data[i]);}for(i = 0; i < rx_len; i++){rx_data[i] = (uint8_t)SPI2_Receive_byte();}}只需要把⾃⼰的SPI驱动替换上去就可以了。

LTC6803—4在超级电容器组管理系统中的应用在传统的能量供应系统中，电池作为主要的储能单元被广泛使用。

随着科学技术的发展和保护环境的需求，超级电容器因其容量大、寿命长、放电速度快、工作温度范围宽、可以串并联使用等优点而备受关注。

在混合动力汽车能量供应系统中，电池储能系统存在着诸如低温特性不好，在恶劣环境下的寿命低，很难做到释放大电流等缺陷。

而超级电容器恰恰具备上述优势，不仅可以提供短时间的高功率脉冲，而且还具有优良的低温性质、较高的寿命和极好的内阻特性。

因此超级电容器在混合动力汽车上得到广泛的应用。

针对超级电容器在串联使用过程中存在的单体电压差异大而导致超级电容器组的储能效率降低和加速老化的问题，提出了一种应用电池组监控芯片LTC6803-4的超级电容器组管理系统，实现超级电容器组的单体电压、温度监测和电压均衡等功能。

实验结果表明，该方法检测精度高，速度快，功耗低，可对串联超级电容器组进行有效的监控和管理。

超级电容器与其他电化学蓄电池相比，在充放电过程中不发生化学反应，具有充放电速度快、功率密度大、工作温度范围宽、循环使用寿命长等特点，可应用于微电网、电动公交等领域。

由于超级电容器的单体额定电压低于3 V，多数应用中需要串联构成超级电容器组。

受到容量偏差、漏电流及等效串联电阻（ESR）等因素的影响，在循环使用中各个超级电容器单体电压差会增大，如果不采取必要的均衡和管理措施，会导致超级电容器组的储能效率降低，影响超级电容器的寿命［2］。

因此，有必要研制一种高性能的超级电容器组管理系统，监测超级电容器组的单体电压和温度，并进行电压均衡控制。

目前的管理系统设计中常采用高精度A/D转换器和多通道模拟开关或光耦继电器等电路实现。

LTC6803-4是凌力尔特（LTC）公司的第二代电池组监控芯片，内置一个12位高速A/D 转换器，能够测量多达12节串联电池组的电压和温度，可测量5 V以下单节电池电压和温度，最大总测量误差小于5 mV［5］。

基于STM32的锂电池组SOC管理系统的研究与设计针对锂电池组单体多、电路复杂使SOC管理不到位的问题，设计出一种新的锂电池组SOC管理系统。

硬件上通过集成的电池管理芯片实现电池状态参数的采集，STM32控制器通过IIC总线实现数据接收及处理，算法上采用开路电压结合安时积分方法实现SOC实时估计。

该系统电路拓扑简单，稳定性和可靠性较高。

实验证明，该系统能实现锂电池组SOC的实时监测，准确度高。

标签：电池管理系统；STM32控制器；电池管理芯片；开路电压法；安时积分法引言锂电池作为未来电池发展的重要方向，离不开有效的能量管理系统（Battery management system，BMS ）。

电池荷电状态（State of charge，SOC）作为BMS 的主要参数，实时监测SOC能够防止锂电池过充过放，从而延长电池寿命，保证电池组的续航里程[1-2]。

如果电池组单体较多，需要采集大量的数据，如果用传统的数据采集电路，接线复杂，对于嵌入式系统来说，这种方案并不可取[3]。

所以本文以磷酸铁锂电池为研究对象，以STM32F103V作为主控芯片，利用集成的电池管理芯片设计锂电池管理系统，实现对整组电池SOC的实时监测。

1 系统硬件设计为了实现对锂电池组的实时监测与管理，整个管理系统的功能主要包括电池组电压、电流和电池单体电压、温度等数据的采集，通过主控芯片STM32来估计电池SOC以及显示电池组基本信息，整个系统框图如图1所示。

1.1 电池组基本参数采集采用TI的集成电池管理芯片，避免了传统数据采集时复杂的接线，能准确的采集到电池组电压、电流、单体电压以及温度等信息，本系统采用BQ76930芯片，内部集成了14-bit ADC，能同时采集10个电池串联组成的电池组的数据，单体端电压测量范围为0-6.275V。

将电流检测电阻两端的电压通过芯片引脚SRP 和SRN，连接到芯片内部ADC和库仑计，计算累积电荷，从而达到检测电流的目的。

基于电池监视器L TC6804的电动汽车电池管理方案最近，电池技术的进步已经在汽车市场实现了一些最令人振奋的创新，因此产生了一代又一代最新电动型汽车(EV)和混合动力/电动型汽车(HEV)。

诸如能量存储系统(ESS)等最新应用也开始出现，这对于能量如何产生、分配及存储带来了革命性的改变。

使这类系统的设计师面临着巨大的成本、设计灵活性、电池组可靠性和寿命以及安全性的挑战。

电池组能否很好地应对每一种设计挑战，电池管理系统(BMS)起着决定性作用。

BMS的核心是电池监视集成电路(IC)。

这种IC用来测量单个电池的电压，以确定充电状态和电池组健康状况。

电池监视器IC（海量样片申请信息查询：/）最关键的特性是准确度、数据可靠性及故障可检测性。

监视器IC的准确度直接影响系统成本、电池组可靠性及寿命。

每节电池的容量都是有限的，必须仔细加以管理。

过度充电可能引起安全性和可靠性问题，而过度放电则可能影响电池的寿命。

如果使用准确度不那么高的监视器IC，就要求系统设计师采用较大的“保护带”，以抵御过压和欠压影响，因此限制了汽车的总体可用电池容量。

准确度较高的监视器IC可以更充分地利用每节电池的总容量，从而降低了电池组系统的总体成本。

为了随时间和工作条件的变化提供最高准确度，凌力尔特在LTC6804电池监视器IC(图1)中采用了掩埋式齐纳电压基准。

这可以保证电池电压总体测量误差低于1.2mV。

为了在电气噪声以及从逆变器、执行器、开关、继电器等导致瞬态存在的情况下保持最高准确度的测量，LTC6804采用了内置三阶噪声滤波的增量累加ADC。

图1：凌力尔特的LTC6804能够以16位分辨率和好于0.04%的准确度测量多达12个电压高达4.2V和串联连接的电池理想情况下，一个电池组会分成多个较小的模块，这些模块分布在汽车各处，以实现更高的设计灵活性和重量分布。

挑战是，这些电池模块需要在充满电气噪声以及物理条件非常严酷的环境中传达敏感的测量数据。

基于LTC6804的电池管理系统设计
 LTC6804是Lmear公司2012年发布的第三代多电池组监视器，可几乎同时测量多达121、串接电池的电压，并具有更低的总测量误差相比LTC6803测量精度有了不小的提升，本文基于该芯片，辅以热电阻式温度传感器实现多路的温度采集，配合Ⅱ公司STM32F103单片机实现电池管理系统模块单个模块实现24个单体电池的充放电电压监控（两片LTC6804）和16路的温度采集，支持can总线。

 本文分电压温度采集和控制通信两部分介绍该设计方案
 1、电压温度采集
 单个电池管理系统电压温度采集部分包括两片LTC6804、两片
LTC1380（8路复用MUX芯片）和一片LTC6820（与ECU通信芯片）对于LTC6804-1，多个器件采用菊链式连接，一个主处理器贯通昕有器件；对于LTC6804-2，多个器件并联至微处理器，对每个器件进行个别寻址本文选用LTC6804-1．其互相通信采用isoSPI协议．LTC6804配合隔离变压器及双绞线，可以具有非常好的抗干扰能力，从而可以实现一个微处理器就可以管理足够多的LTC6804节点，但为了保证整个系统模块的可靠性，避免串行回路中单个节点因为某些因素出现故障导致微处理器无法控制之后节点故采用一。

Science &Technology Vision科技视界0引言近年来,环保和节能的问题日益突出,锂离子电池(简称锂电池)由于其具有能量密度高使用寿命长自放电小无记忆效应及单节电池电压高等诸多优点,迅速成为市场的主流电池产品。

在矿用产品中,锂电池逐步替代了铅酸电池和镍氢电池。

但锂电池在使用时也存在一个重要的问题,它在过充电或是在过放电时电池可能会发生爆炸,因此需要良好的保护电路来配合使用,这样可以杜绝电池爆炸的问题。

为此,本文提供了一种以STM32F103为核心的电池管理系统,它通过对8节锂电池组单体电池状态的检测,实现对电池组的管理,防止过充电和过放电,并完成SOC 估算和均衡,同时通过485总线与外部通讯。

1LTC6802简介[3]LTC6802是一款电池监测芯片,内部包括12位分辨率的模数转换器,高精度电压参考源,高电压输入多路转换器和串行接口。

每片LTC6802可测量12节串联电池电压,最大允许测量电压60伏。

可同时监测全部电池电压或单独监测串联电池中的任一节电池。

芯片采用独特的电平移动串行接口,多片LTC6802可直接串联,芯片之间无需光耦或隔离器件。

多片LTC6802串联时可同时工作,全部串联电池的电压测量时间在13ms 以内。

为减小功耗,LTC6802还可对每节电池的过电压与欠电压状态进行实时监控。

芯片每个电池输人端内部连接有MOS 开关用于对过充电池放电。

图1单片机可以通过SPI 总线从LTC6802读取数据,并控制相应电池输入的MOS 管的导通和关闭,以实现电芯均衡。

输入通路中插入100Ω的串联电阻,而不会引入重大的测量误差,为了保护LTC6802电压采集引脚,防止电压高出最大输入电压,在每一个电芯采输入端口并联一个7.5V 稳压管,并在每个电压采集引脚前加阻容滤波电路,从而有效地滤除高频干扰,保证电压采集的正确性。

2STM32简介[1-2]采集控制和信号调理模块的核心处理器使用STM32F103VET6芯片,STM32是意法半导体公司推出的基于ARM32位Cortex -M3CPU,片内自带512K 高速FLASH 程序存储器高达64K 的SRAM;2.0~3.6V 供电和IO 管脚兼容5V 电平STM32多达13个通信接口;CAN、USB、双I2C、3个SPI、5个USART 接口片内2个12位逐次逼近型AD 转换器,它有18个通道,各通道的AD 转换可以单次连续或间断模式执行其最大转换速率达1MPS 电压转换范围0~3.6V,转换精度±0.8mV。

基于STM32的电池管理系统的研究与设计邓长征;赵侠;张晓燕【摘要】为加强电池组的管理与保护以及减少电池组各单体参数之间的差异,设计了一套基于STM32F103VET6的电池管理系统;并提出在电阻耗能法的基础上结合能量转移思想对电池组进行均衡管理.运用MATLAB/Simulink工具建立了锂电池模型,并对电池所采用的均衡方案进行了仿真分析.仿真结果表明:采用改进的均衡方案电压偏差明显减小,单体之间的电压逐渐趋近到一个固定的值.此外通过18650型锂电池对电池管理系统进行了均衡实验测试,求出了均衡前后电压的期望值和方差值.经过对比分析,进一步验证了电池管理系统电压均衡的有效性.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)021【总页数】6页(P219-224)【关键词】电池管理系统;STM32;锂电池;均衡管理【作者】邓长征;赵侠;张晓燕【作者单位】三峡大学电气与新能源学院,宜昌443002;新能源微电网湖北省协同创新中心(三峡大学),宜昌443002;三峡大学电气与新能源学院,宜昌443002;新能源微电网湖北省协同创新中心(三峡大学),宜昌443002;国网山东省电力公司嘉祥县供电公司,嘉祥272400【正文语种】中文【中图分类】TM912传统的铅蓄电池因其体积大、污染严重，许多地区限制了对此类电池的应用。

而锂电池凭借其高能量密度、无污染等优点，逐渐成为能量存储载体的首选，是电动汽车的理想动力电源[1,2]。

但由于锂电池存在时变性，成组使用时会出现单体电压不一致等现象[3]。

因此，需要对电池组进行系统管理，提高电池组使用效率，延长其使用寿命。

电池管理系统(BMS)作为电池的管理者，在一定程度上可以弥补动力电池自身的不足，延长动力电池的使用寿命[4,5]。

电池管理的主要任务是采集动力电池组的电压、电流、温度等参数，并对采集到的参数进行分析处理，从而实现对电池组出现的各种异常状态进行管理[6]。