基于ATmega16的电动车锂电池组设计

1、基于atmega16的电动车锂电池组设计 随着电动自行车的逐渐普及，电动自行车的主要能源-锂电池也成为众人关怀的焦点。 锂电池与镍镉、镍氢电池不太一样，因其能量密度高，对充放电要求很高。 当过充、过放、过流及短路庇护等状况发生时，锂电池内的压力与热量大量增强，简单产生爆炸，因此通常都会在电池包内加庇护，用以提高锂电池的用法寿命。 针对目前电动车锂电池组所用的庇护电路大多都由分立原件构成，存在控制精度不够高、技术指标低、不能有效庇护锂电池组等特点，本文中提出一种基于的电动车36 v锂电池组(由10节3. 6 v锂电池串联而成)庇护电路设计计划，利用高性能、低功耗的atmega16l 单片机作为检

2、测和控制核心，用由mc34063构成的dc /dc变换控制电路为囫囵庇护电路提供，辅以lm60 测温、mos管irf530n作充放电控制开关，实现对囫囵电池组和单个电池的状态监控和庇护功能，达到延伸电池用法寿命的目的。 1 庇护电路硬件设计本系统以单片机为数据处理和控制的核心，将任务设计分解为测量、测量、温度测量、开关控制、电源、均衡充电等功能模块。 系统的总体框图1所示。图1 系统的总体框图电池组电压、电流、温度等信息通过电压采样、电流采样和温度测量电路，加到信号采集部分的a /d输入端。 a /d模块将输入的模拟信号转换为数字信号，并传输给单片机。 单片机作为数据处理和控制的核心，一方面实

3、时监控电池组的各项性能指标和状态，一方面按照这些状态参数控制驱动大功率开关。 因为用法了单片机，使系统具有很大的灵便性，便于实现各种复杂控制，从而能便利地对系统举行功能扩展和性能改进。1. 1 atmega16 l单片机模块从低功耗、低成本设计角度动身，单片机模块采纳高性能、低功耗的atmega16 l单片机作为检测与控制核心。 atmega16 l 是基于增加的r isc结构的低功耗8位微控制器，内部带有16 k 字节的系统内可编程flash, 512 字节eeprom, 1 k字节sram, 32个通用i/o口线， 32个通用工作寄存器(用于边界扫描的jtag接口，支持片内调试与编程) ,

4、 3个具有比较模式的灵便定时器/计数器( t/c) (片内/外中断) ,可编程串行usart,有起始条件检测器的通用串行接口， 8路10位具有可选差分输入级可编程增益( tqfp封装)的,具有片内的可编程定时器，一个sp i串行端口，以及6个可以通过软件举行挑选的省电模式。 因为其先进的命令集以及单时钟周期命令执行时光，atmega16 l的数据吞吐率高达1m ips/mhz,从而可以缓减系统功耗和处理速度之间的冲突。单片机的输入输出设计2所示。 由电源部分降压、稳压得到的3. 3 v电压通过端口10为单片机提供工作电压;端口12和13为反向振荡与片内时钟操作电路的输入端和反向振荡放大器的输出

5、端，为单片机提供工作晶振;端口30是端口a与a /d转换器的电源，用法adc时通过一个低通与端口10的vcc衔接;端口37,38的adc3, adc2是经过转换后待检测的电压、电流值;端口39, 40的adc1,adc0是经过温度转换后的温控电压值。图2 单片机的外围电路设计1. 2 稳压稳压电源是单片机系统的重要组成部分，它不仅为系统提供多路电源电压，还挺直影响到系统的技术指标和抗干扰性能。 atmega16 l单片机的工作电压为2. 75. 5 v,为保证单片机稳定的工作电压为3. 3 v. 稳压部分是由mc34063构成的dc /dc变换控制电路，从电池组分出的25 v电压经过电路降压、

6、稳压，输出3. 3 v,供庇护电路工作，其电路3所示。图3 稳压电源模块电路1. 3 充电均衡模块采纳计划。 即在每节电池的外部搭建过压庇护电路，充电过程中当电压超过预定值时，庇护电路自动闭合，使电池通过回路放电，以庇护电池不会过度充电。 当电池电压减小到均衡充电动作电压4. 18 v时，庇护电路自动断开。1. 4 电压电流测量模块待测的电压通过集成lm358,将输出送至单片机举行检测。 lm358内部包括2个自立、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源用法和双电源工作模式，因为其低功耗电流，也适合于电池。 用ugn - 3501 m 检测直流电流。 ugn -35

7、01m是集成型霍尔传感器，采纳差动霍尔电压输出，检测敏捷度为1. 4 v /0. 1t.电压电流检测电路的设计4 所示。 运算放大器lm358的5, 6引脚所接的bb,aa为待测的充电、放电电压，经过放大后由7脚输出至单片机举行检测，当检测到待测电压达到过充、过放庇护电压时，由单片机控制断开充放电回路。 电流检测通过霍尔传感器完成，4所示，将从ugn -3501m1, 8引脚输出的霍尔电压uh 接至lm358的3, 4引脚，经过放大后从1 脚输出adc3 至单片机，举行过电流庇护。 ugn - 3501m 的5, 6, 7引脚衔接调节电位器，用以补偿不等位电势，同时充实线性。 调节5, 6引脚

8、外接电阻r16,可使输出霍尔电压uh 与磁场强度有较好的线性关系。图4 电压电流检测电路1. 5 温度检测模块温度检测和控制模块选用电压输出型的lm60. 该传感器是一种已校正的集成化温度传感器，它的工作温度范围是- 40 至125 ，工作电压范围是2. 7 v至10 v. 信号输出与温度成正比，信号大小可达+ 6. 25 mv /。基于lm60的温度检测电路5所示。 由稳压部分输出的3. 3 v 电源为此电路供电，经过温度传感器将探测点的温度转化为电压值通过adc0,adc1输出，再将adc0, adc1送入单片机举行检测，当电压值达到温控要求时，单片机控制开关通断。图5 温度检测电路1.

9、6 开关模块开关采纳,型号选用p沟道的mos管的ir530n. 工作原理：单片机控制端口输出高电平，功率导通，功率的栅极和漏极之间产生压降，功率场效应管导通。2 软件设计本系统软件采纳编写，处理程序采纳模块化编程， 程序运行的环境是iccavr 开发系统。在电池组空载的时候，系统进入掉电模式，以使功耗降至最低;当电池组接入负载或对电池组充电时，单片机被激活，由低功耗掉电模式转入正常工作模式，并持续运作。 囫囵程序的流程6所示。图6 程序流程按照本系统的模块分布，单片机程序分为电压测量模块、电流测量模块和温度测量模块，每一模块调用共同a /d转换函数和延时推断函数等，以缩短代码长度和增加程序代码的可读性。 下面给出程序主函数的代码：void main ( void)int ( ) ; / /单片机初始化，打开全部开关;sleep ( ) ; / /单片机进入休眠模式;int sign = 1;while ( sign = = 1 ) / /推断系统是否运行正常; int( ) ;dianya ( ) ; / /调用测压模块;delay(30000) ;delay(30000) ;dianliu ( ) ; / /调用测流模块;delay(30000) ;delay(30000) ;wendu ( ) ; / /调用温度模块;delay(30