基于LTC6804-2的锂电池SOC应用研究

电池的荷电状 态 （stateofcharge，SOC）测量计算是 电池管理 系统 （BMS）中最基础重要 的部分。电池荷电状态的准确监测不仅能够为使用者提供电池能量供给状态 ，它还是电池管理系统中充放电管理、均衡控制管理的基础 ，因此准确测量电池 SOC的值意义重大。锂 电池 的均衡本质上是荷 电状态的均衡 。其数值为电池 当前容量 与额 定容量 的比值 。 目前测量 SOC的方法有多种 ，主要有安时积分法 、开路电压法 、内阻法和卡尔曼滤波方法 。内阻法测量不稳定 ，数据扰动量较大；卡尔曼滤波算法对实时性要求较高 ，且初始参量较多 ，计算量大 。在充分考虑各种算法优劣和实用性 的基础上 。结合系统的具体情况 ，采用安时积分法估计 电池组的 SOC，然后通过开路 电压法和温度 系数修正 SOC值。

本文以 LTC6804—2芯片为锂 电池 电压采集控制芯片 ，使用霍尔传感器采集充放 电电流，使用 12C总线温度传感器芯片采集电池表壳温度 ，使用 LPC2478为主控芯片．设计 了一种基于 LTC6804—2的锂 电池 SOC应用系统 。

锂电池的SOC是什么意思？

State of Charge的缩写，一般是充电容量与额定容量的比值，用百分比表示。

一个电池一般是有额定容量的，在某倍率下充电一定的时间，你可以得到充电容量，这个容量与你的额定容量的比值即位SOC。

SOC尚无严格定义。通常认为 SOC=100%-DOD

DOD为电池放出电量 100%为电池满充状态是电量安时值

这个定义来自1996年USABC发布的电池测试手册。

这个定义里最大的问题在于100%是一个时变值，随着电池老化而变化DOD也是一个不确定的值，不同工况DOD是不一样的，同工况，测量方法不同DOD值也不同USABC电池测试手册里给出了一个DOD测量流程。

SoC 测量系统原理 安时积分法

安时积分法通过对单位时间内流过电池组的电流进行积分从而得 SOC．计算公式如下 ：

SOC 表示锂 电池 SOC的初始值 ，c 表示锂 电池的额定容量 ，t表示锂 电池 的充放 电时 间，，表示锂 电

池 的充放电电流。安时积分法简单 ，是现在常用 的方法 。由于该方法需要对 电流积分 ，因此对电流采集 的精度要求较高，而且误差会 由于积分不断积累 ，常时间使用误差会越来越大。

开路电压法

开路 电压法 的基本原理是锂 电池 的 SOC在 一定范 围内时 ．开路 电压 与电池 的 SOC表现很 强 的相关性 ，可以通过实验 的方法得 出其相关 曲线。该方 法通过对锂电池充分静置 ，使电池端 电压恢复至开路电压 ，根据开路 电压 的大小来进行 SOC计算。该方法简单易行 ，而且精度较高 。但是 电池需要静置很长时间 ，不适合在线测量 ，实时性较差 。

本系统采 用安时积分法 加开路 电压法进行 SOC估算 ．即在电池组充放 电的时候用安时法进行 SOC估算 ，在 电池组搁置状态时 ，用开路电压法和电池表壳温度系数对安时积分法修正 ，充分运用两种方法的特点 。提 高 SOC估算的精度。

系统硬件设计

系统采用 LPC2478作为主控芯片，整个系统由 l2节锂 电池组 、电压测量 电路 、温度传感器、温度采集 电路 、霍尔电流传感器 、电流测量 电路、通信 电路 组成。

系统硬件结构框图如图 1所示 。

电压测量硬件电路

LTC6804—2是第三代多节 电池 的电池组监视器，可测量最多 12个串接电池的电压并具有低于 1．2mV的 总测量 误差 。所 有 12节 电池 的 电压 可 在 290Ixs之内完成测量 ，并可选择较低的数 据采集速率以实现高噪声抑制 。LTC6804—2具有频率可编程 三阶噪声滤波器的 l6位增量累加型 ADC。LTC6804—2电池电压测量 电 路 如 图 2所 示 。ISOMD 接 低 电 平 表 示 将LTC6804作为 SPI从设备 配置 ，SPI接 口与 LPC2478之间采用硅芯片隔离 ，减少电池侧对数字主控电路 的干扰 。锂电池每组电芯电压为 3．3V。

温度采集硬件电路

温度采集芯片使用美 国德州仪器公 司的 TMP100温度传感器芯片 ，温度 ADC采集硬件电路设计如图 3所示 。

其中 TMP1O0一D1一ADD0和 TMP100一D1一ADD1的不同组合 ，代表该芯片从设备的通信地址 ，器件的从地址 定 义见 表 1

每个 TMP100芯片可以支持 8种不 同的 12C从地址 ，系统设计有 12路锂 电池 ，需要 TMP100芯片两片 ，需要 占用主控芯片 LPC2478两路 IC接 口。

电流测量硬件电路

电流测量数据通 过霍尔 电流传感器和 ADC电压采集芯片得到 ，本系统设计采用南京中霍传感科技有限公司的 HCS-LSP一20A霍尔电流传感 器。该传感器是基 于闭环磁平衡原理的一款霍尔 电流传感器 ，能够测量直流、交流 、脉冲以及各种不规则电流等。传感器的输出能真实反映通 电导体的的真实波。

电流传感器的输出电压范围为 0．5～4．5V，输 出电压通过 ADC采集芯片采集 ，ADC芯片采用 Maxim—IC公司的 MAX1062．该芯片支持 5V输人 ．14bit采集精度 ，200kS／s采样率 ，SPI通信接 口，LPC2478芯片一路SPI接 口接该 ADC采集芯片。