基于ATmega16的電動(dòng)車鋰電池組設(shè)計(jì)

　　隨著電動(dòng)自行車的逐漸普及，電動(dòng)自行車的主要能源---鋰電池也成為眾人關(guān)心的焦點(diǎn)。 鋰電池與鎳鎘、鎳氫電池不太一樣，因其能量密度高，對(duì)充放電要求很高。 當(dāng)過充、過放、過流及短路保護(hù)等情況發(fā)生時(shí)，鋰電池內(nèi)的壓力與熱量大量增加，容易產(chǎn)生爆炸，因此通常都會(huì)在電池包內(nèi)加保護(hù)電路，用以提高鋰電池的使用壽命。 針對(duì)目前電動(dòng)車鋰電池組所用的保護(hù)電路大多都由分立原件構(gòu)成，存在控制精度不夠高、技術(shù)指標(biāo)低、不能有效保護(hù)鋰電池組等特點(diǎn)，本文中提出一種基于單片機(jī)的電動(dòng)車36 V鋰電池組(由10節(jié)3. 6 V鋰電池串聯(lián)而成)保護(hù)電路設(shè)計(jì)方案，利用高性能、低功耗的ATmega16L 單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心，用由MC34063構(gòu)成的DC /DC變換控制電路為整個(gè)保護(hù)電路提供穩(wěn)壓電源，輔以LM60 測(cè)溫、MOS管IRF530N作充放電控制開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電池組和單個(gè)電池的狀態(tài)監(jiān)控和保護(hù)功能，達(dá)到延長(zhǎng)電池使用壽命的目的。

　　1 保護(hù)電路硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)以單片機(jī)為數(shù)據(jù)處理和控制的核心，將任務(wù)設(shè)計(jì)分解為電壓測(cè)量、電流測(cè)量、溫度測(cè)量、開關(guān)控制、電源、均衡充電等功能模塊。 系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)的總體框圖

　　電池組電壓、電流、溫度等信息通過電壓采樣、電流采樣和溫度測(cè)量電路，加到信號(hào)采集部分的A /D輸入端。 A /D模塊將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳輸給單片機(jī)。 單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理和控制的核心，一方面實(shí)時(shí)監(jiān)控電池組的各項(xiàng)性能指標(biāo)和狀態(tài)，一方面根據(jù)這些狀態(tài)參數(shù)控制驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)。 由于使用了單片機(jī)，使系統(tǒng)具有很大的靈活性，便于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜控制，從而能方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展和性能改進(jìn)。

　　1. 1 ATmega16 L單片機(jī)模塊

　　從低功耗、低成本設(shè)計(jì)角度出發(fā)，單片機(jī)模塊采用高性能、低功耗的ATmega16 L單片機(jī)作為檢測(cè)與控制核心。 ATmega16 L 是基于增強(qiáng)的AVRR ISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，內(nèi)部帶有16 k 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash, 512 字節(jié)EEPROM, 1 k字節(jié)SRAM, 32個(gè)通用I/O口線， 32個(gè)通用工作寄存器(用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程) , 3個(gè)具有比較模式的靈活定時(shí)器/計(jì)數(shù)器( T/C) (片內(nèi)/外中斷) ,可編程串行USART,有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口， 8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益( TQFP封裝)的ADC,具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SP I串行端口，以及6個(gè)可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 L的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1M IPS/MHz,從而可以緩減系統(tǒng)功耗和處理速度之間的矛盾。

　　單片機(jī)的輸入輸出設(shè)計(jì)如圖2所示。 由電源部分降壓、穩(wěn)壓得到的3. 3 V電壓通過端口10為單片機(jī)提供工作電壓;端口12和13為反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端和反向振蕩放大器的輸出端，為單片機(jī)提供工作晶振;端口30是端口A與A /D轉(zhuǎn)換器的電源，使用ADC時(shí)通過一個(gè)低通濾波器與端口10的VCC連接;端口37,38的ADC3, ADC2是經(jīng)過轉(zhuǎn)換后待檢測(cè)的電壓、電流值;端口39, 40的ADC1,ADC0是經(jīng)過溫度傳感器轉(zhuǎn)換后的溫控電壓值。

　　圖2 單片機(jī)的外圍電路設(shè)計(jì)

　　1. 2 穩(wěn)壓電源模塊

　　穩(wěn)壓電源是單片機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為系統(tǒng)提供多路電源電壓，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能。 ATmega16 L單片機(jī)的工作電壓為2. 7~5. 5 V,為保證單片機(jī)穩(wěn)定的工作電壓為3. 3 V. 穩(wěn)壓部分是由MC34063構(gòu)成的DC /DC變換控制電路，從電池組分出的25 V電壓經(jīng)過電路降壓、穩(wěn)壓，輸出3. 3 V,供保護(hù)電路工作，其電路如圖3所示。

　　圖3 穩(wěn)壓電源模塊電路