EV科普！电池参数采集板硬件电路设计

早期的电池参数采集电路一般由许多分立电子元件组成。

系统可靠性差、采集精度低、电路相对复杂、抗干扰性能差、功耗高。

。

随着电子技术的快速发展，许多半导体器件制造商设计并生产了大量可用于实时监测电池状态信息的集成传感器芯片。

此类芯片针对性强、性价比高、使用方便。

在很大程度上，提高了系统开发人员的工作效率。

本系统采用ADI公司生产的最新汽车集成精密电池传感器芯片ADuC作为各电池组参数的采集和预处理单元。

其功能结构框图如图所示。

ADuC是一款适合复杂工况下电池监测的智能传感器芯片。

该芯片可以准确监测端电压在4V至18V之间的汽车所使用的电池相关参数（温度、电压、电流等）。

监测和诊断。

其主要性能特点如下： ① 高精度ADC：片内5ppm/°C参考电压源，ADC吞吐量从10Hz到1KHz，能够双通道、同步采样，具有16位Σ-ΔADC功能; ② 电流通道：可编程增益、全差分、缓冲输入、内置数字比较器； ADC输入范围为?mV至mV； ③电压通道：片内缓冲器、衰减器，适用于12V电池输入，可测量电压范围为4V至18V； ④ 温度通道：片外和片内温度传感器方案双重选择； ⑤ 微控制器：ARM7TDMI-S内核，16位/32位RISC架构，20.48MHz PLL（锁相环），集成片上精密振荡器； ⑥ 内存：64kB Flash/EE 内存选项，4kB SRAM； Flash/EE耐久性为10次循环，数据保存时间长达20年； ⑦ 支持JTAG口进行代码下载和调试，可通过LIN在线下载程序； ⑧片上外设：5个GPIO口、1个SPI通信口、SAEJ/LIN 2.1兼容从机、1个通用定时器和1个看门狗定时器； ⑨ 采用3.5V至18V电源直接供电，额定工作温度范围为±40°C至°C，并通过汽车级应用认证。

2 电池参数采集板的供电电路 由于ADuC可以使用4V至18V的待测电压直接供电，因此无需外接电源。

本文设计的采集板的供电电路如下图所示。

电池组的端电压从连接器CON1_1输入。

输入电压分为两个通道。

其中一路直接提供给ADuC相应端口进行电压采集，另一路通过单通二极管D5和RC滤波元件为ADuC提供工作电压。

电阻R7的作用是对采集板中的数字地和模拟地进行电气隔离，以减少它们之间的电磁干扰。

3 电池参数采集子系统电路 该型号动力电池组包含6个电池组，每个电池组均配备一块电池参数采集板。

虽然各个采集板中只有6号采集板负责采集电池组的总电流，但为了提高它们之间的通用性和可替换性，本文设计的ADuC采集板的硬件电路是一致的。

具体电路原理图如下图所示。

该电路图可分为功能模块：最小系统电路（包括复位电路、片内标称电压输出电路和JTAG接口电路）、电池参数采集电路（即温度采集电路、电压采集电路和电流采集电路）和数据通信接口电路（即SPI通信电路和LIN通信电路）。

ADuC的最小系统电路是芯片正常工作所必需的基本电路。

它具有以下三个特点：①由于芯片内部集成了精密振荡器，无需外部晶振电路； ②片内标称电压输出电路分为片内标称2.6V数字输出和片内标称2.6V模拟输出（即电路图上方的REG_DVDD输出和REG_AVDD输出）直接由 ADuC 内部集成的两个片上低压差稳压器 LDO 由电池电压驱动。

生成的内部电源，这两个电源作为ARM7 MCU和片内精密模拟电路的电源，同时也作为外设的电源。

REG_DVDD上串联的开关和发光二极管可以方便用户随时检测ADuC是否正常工作； ③ADuC在线程序下载和调试接口是目前ARM核系列芯片广泛使用的JTAG接口。

该类型接口包括三种不同的型号：10pin、14pin和20pin。

本文基于20pin型号的ADuC芯片端口配置。

电路中的开关S_NTRSTS1的作用是当后期系统需要配置LIN通信接口下载程序时，断开上拉电阻。

由于电池参数采集电路负责实时监测电池组的温度、端电压和总电流，因此该部门的电路设计要求比较高。

其中，ADuC温度采集通道为用户提供了两种选择：一是使用芯片上集成的温度传感器，二是通过用户外部热敏电阻输入等效电压，可以弥补监测结果不准确的问题。

芯片内置温度传感器。

缺点。

本文优先考虑后者，这样可以将热敏电阻靠近电池本体放置，使测量结果更加真实。

温度采集电路中，选用的热敏电阻类型为NTC型（负温度系数型），标称值为K，温度与阻值的关系曲线由厂家提供。

电路中串联精密电阻Rm1，通过分压得到与温度相关的电压。

即当环境温度升高时，电阻减小，分压值减小，反之亦然。

电压采集电路的设计比较简单。

本文之所以在其电压输入端连接一个1MΩ的滑动变阻器，是因为基于滑动变阻器按比例分压的原理，可以增大采集板的电压测量范围，非常方便。

接地来调整被测电压的输入比例，从而扩大了系统的使用范围。

电流采集电路采用电阻为1mΩ的精密SHUNT（分流器），通过电池组主电路中的分压原理将相应的信号输入到采集板。

为了抑制干道上的电磁干扰信号，从SHUNT两端输入采集板的信号需要经过R25、R26、C17、C18、C19组成的滤波电路后才能被ADuC使用。

芯片。