1、均衡电路工作原理

本文基于LTC680221锂电池组管理芯片设计的电池组均衡电路，由取电系统、嵌入式处理器、LTC680221数据采集及均衡电路四部分构成，电路框图如图1所示。

取电系统是均衡电路的供电来源，电源取自锂电池组，并提供给低功耗嵌入式处理器与LTC680221芯片。嵌入式处理器时均衡电路的核心，一方面通过SPI接口与LTC680221进行通信，另一方面对获得的数据进行简单的处理。数据采集电路主要由LTC680221芯片构成，该芯片内置了高精度AD转换器，结合外部滤波电路可以对锂电池组参数实现精确得采样。LTC680221芯片均衡接口的特殊设计，能够控制外部均衡电路进行工作，简化了均衡电路。

1.1取电系统

LTC680221最多能够管理12节串联的锂电池组，以万向电动汽车有限公司生产的WX11I3215锂电池为例，单体电池在使用过程中电压在2.8—3.8V变化，12节WX11I3215串联的锂电池组在使用过程中电池组总电压的变化范围在33.6—45.6V。均衡电路中嵌入式处理器Atmega16LLTC680221均使用5V直流电源供电，因此取电系统的输出电压选择为5V。由于均衡电路中采用的都是低功耗芯片，取电系统的输出功率选择5W。基于上述取电系统的宽电压输入的特殊性，本文中取电系统采用单片开关电源芯片TOPSwitch设计了一种具有输入电压范围宽的开关电源。

1.2嵌入式处理器及SPI接口

本文选用Atmel公司的AVR系列处理器Atmega16L，该芯片具有16kb的在线编程Flash程序存储器、512字节EEPROM、2kbSRAM、32个通用工作寄存器、32个通用I/O口，还具有SPI、USART等丰富的外设。同时，At2mega16L芯片具有低功耗贴片封装可满足低功耗均衡电路的设计要求，芯片丰富的内部资源及接口可以完成锂电池组管理系统的各种功能。Atmega16L通过SPI总线与LTC680221进行通信。

LTC680221芯片SPI工作模式固定为CPHA=1，CPOL=1，字节发送高位在先，可以支持主机最大SPI移位频率到1MHz。因此，在Atmega16L的SPI驱动函数编写中SPI外设控制寄存器要有相同的配置。

本文设计的均衡电路中Atmega16L通过SPI总线读取各电池电压的AD转换值，然后对电池电压进行排序，选择出最高电压所对应的电池，接着发送指令控制LTC680221对均衡电路进行操作。软件流程如图2所示。