基于ATmega16的電動(dòng)車鋰電池組設(shè)計(jì)

1、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)懷的焦點(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、過流及短路庇護(hù)等狀況發(fā)生時(shí)，鋰電池內(nèi)的壓力與熱量大量增強(qiáng)，簡(jiǎn)單產(chǎn)生爆炸，因此通常都會(huì)在電池包內(nèi)加庇護(hù)，用以提高鋰電池的用法壽命。 針對(duì)目前電動(dòng)車鋰電池組所用的庇護(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、不能有效庇護(hù)鋰電池組等特點(diǎn)，本文中提出一種基于的電動(dòng)車36 v鋰電池組(由10節(jié)3. 6 v鋰電池串聯(lián)而成)庇護(hù)電路設(shè)計(jì)計(jì)劃，利用高性能、低功耗的atmega16l 單片機(jī)作為檢

2、測(cè)和控制核心，用由mc34063構(gòu)成的dc /dc變換控制電路為囫圇庇護(hù)電路提供，輔以lm60 測(cè)溫、mos管irf530n作充放電控制開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)囫圇電池組和單個(gè)電池的狀態(tài)監(jiān)控和庇護(hù)功能，達(dá)到延伸電池用法壽命的目的。 1 庇護(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)分解為測(cè)量、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)

3、時(shí)監(jiān)控電池組的各項(xiàng)性能指標(biāo)和狀態(tài)，一方面按照這些狀態(tài)參數(shù)控制驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)。 因?yàn)橛梅藛纹瑱C(jī)，使系統(tǒng)具有很大的靈便性，便于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜控制，從而能便利地對(duì)系統(tǒng)舉行功能擴(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)角度動(dòng)身，單片機(jī)模塊采納高性能、低功耗的atmega16 l單片機(jī)作為檢測(cè)與控制核心。 atmega16 l 是基于增加的r isc結(jié)構(gòu)的低功耗8位微控制器，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) ,

4、 3個(gè)具有比較模式的靈便定時(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,具有片內(nèi)的可編程定時(shí)器，一個(gè)sp i串行端口，以及6個(gè)可以通過軟件舉行挑選的省電模式。 因?yàn)槠湎冗M(jìn)的命令集以及單時(shí)鐘周期命令執(zhí)行時(shí)光，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沖突。單片機(jī)的輸入輸出設(shè)計(jì)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

5、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，用法adc時(shí)通過一個(gè)低通與端口10的vcc銜接;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，還挺直影響到系統(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. 75. 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、

6、穩(wěn)壓，輸出3. 3 v,供庇護(hù)電路工作，其電路3所示。圖3 穩(wěn)壓電源模塊電路1. 3 充電均衡模塊采納計(jì)劃。 即在每節(jié)電池的外部搭建過壓庇護(hù)電路，充電過程中當(dāng)電壓超過預(yù)定值時(shí)，庇護(hù)電路自動(dòng)閉合，使電池通過回路放電，以庇護(hù)電池不會(huì)過度充電。 當(dāng)電池電壓減小到均衡充電動(dòng)作電壓4. 18 v時(shí)，庇護(hù)電路自動(dòng)斷開。1. 4 電壓電流測(cè)量模塊待測(cè)的電壓通過集成lm358,將輸出送至單片機(jī)舉行檢測(cè)。 lm358內(nèi)部包括2個(gè)自立、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源用法和雙電源工作模式，因?yàn)槠涞凸碾娏鳎策m合于電池。 用ugn - 3501 m 檢測(cè)直流電流。 ugn -35

7、01m是集成型霍爾傳感器，采納差動(dòng)霍爾電壓輸出，檢測(cè)敏捷度為1. 4 v /0. 1t.電壓電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)4 所示。 運(yùn)算放大器lm358的5, 6引腳所接的bb,aa為待測(cè)的充電、放電電壓，經(jīng)過放大后由7腳輸出至單片機(jī)舉行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到待測(cè)電壓達(dá)到過充、過放庇護(hù)電壓時(shí)，由單片機(jī)控制斷開充放電回路。 電流檢測(cè)通過霍爾傳感器完成，4所示，將從ugn -3501m1, 8引腳輸出的霍爾電壓uh 接至lm358的3, 4引腳，經(jīng)過放大后從1 腳輸出adc3 至單片機(jī)，舉行過電流庇護(hù)。 ugn - 3501m 的5, 6, 7引腳銜接調(diào)節(jié)電位器，用以補(bǔ)償不等位電勢(shì)，同時(shí)充實(shí)線性。 調(diào)節(jié)5, 6引腳

8、外接電阻r16,可使輸出霍爾電壓uh 與磁場(chǎng)強(qiáng)度有較好的線性關(guān)系。圖4 電壓電流檢測(cè)電路1. 5 溫度檢測(cè)模塊溫度檢測(cè)和控制模塊選用電壓輸出型的lm60. 該傳感器是一種已校正的集成化溫度傳感器，它的工作溫度范圍是- 40 至125 ，工作電壓范圍是2. 7 v至10 v. 信號(hào)輸出與溫度成正比，信號(hào)大小可達(dá)+ 6. 25 mv /?；趌m60的溫度檢測(cè)電路5所示。 由穩(wěn)壓部分輸出的3. 3 v 電源為此電路供電，經(jīng)過溫度傳感器將探測(cè)點(diǎn)的溫度轉(zhuǎn)化為電壓值通過adc0,adc1輸出，再將adc0, adc1送入單片機(jī)舉行檢測(cè)，當(dāng)電壓值達(dá)到溫控要求時(shí)，單片機(jī)控制開關(guān)通斷。圖5 溫度檢測(cè)電路1.

9、6 開關(guān)模塊開關(guān)采納,型號(hào)選用p溝道的mos管的ir530n. 工作原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制端口輸出高電平，功率導(dǎo)通，功率的柵極和漏極之間產(chǎn)生壓降，功率場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。2 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件采納編寫，處理程序采納模塊化編程， 程序運(yùn)行的環(huán)境是iccavr 開發(fā)系統(tǒng)。在電池組空載的時(shí)候，系統(tǒng)進(jìn)入掉電模式，以使功耗降至最低;當(dāng)電池組接入負(fù)載或?qū)﹄姵亟M充電時(shí)，單片機(jī)被激活，由低功耗掉電模式轉(zhuǎn)入正常工作模式，并持續(xù)運(yùn)作。 囫圇程序的流程6所示。圖6 程序流程按照本系統(tǒng)的模塊分布，單片機(jī)程序分為電壓測(cè)量模塊、電流測(cè)量模塊和溫度測(cè)量模塊，每一模塊調(diào)用共同a /d轉(zhuǎn)換函數(shù)和延時(shí)推斷函數(shù)等，以縮短代碼長(zhǎng)度和增加程序代碼的可讀性。 下面給出程序主函數(shù)的代碼：void main ( void)int ( ) ; / /單片機(jī)初始化，打開全部開關(guān);sleep ( ) ; / /單片機(jī)進(jìn)入休眠模式;int sign = 1;while ( sign = = 1 ) / /推斷系統(tǒng)是否運(yùn)行正常; int( ) ;dianya ( ) ; / /調(diào)用測(cè)壓模塊;delay(30000) ;delay(30000) ;dianliu ( ) ; / /調(diào)用測(cè)流模塊;delay(30000) ;delay(30000) ;wendu ( ) ; / /調(diào)用溫度模塊;delay(30