基于单片机控制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心的焦点。 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、过流及短路保护等情况发生时，锂电池内的压力与热量大量增加，容易产生爆炸，因此通常都会在电池包内加保护电路，用以提高锂电池的使用寿命。 针对目前电动车锂电池组所用的保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、不能有效保护锂电池组等特点，本文中提出一种基于单片机的电动车36 V锂电池组（由10节3. 6 V锂电池串联而成）保护电路设计方案，利用高性能、低功耗的ATmega16L 单片机作为检测和控制核心，用由MC34063构成的DC /DC变换控制电路为整个保护电路提供稳压电源，辅以LM60 测温、MOS管IRF530N作充放电控制开关，实现对整个电池组和单个电池的状态监控和保护功能，达到延长电池使用寿命的目的。

　　1 保护电路硬件设计

　　本系统以单片机为数据处理和控制的核心，将任务设计分解为电压测量、电流测量、温度测量、开关控制、电源、均衡充电等功能模块。 系统的总体框图如图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，一方面实时监控电池组的各项性能指标和状态，一方面根据这些状态参数控制驱动大功率开关。 由于使用了单片机，使系统具有很大的灵活性，便于实现各种复杂控制，从而能方便地对系统进行功能扩展和性能改进。

　　1. 1 ATmega16 L单片机模块

　　单片机的输入输出设计如图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为反向振荡放大器与片内时钟 *** 作电路的输入端和反向振荡放大器的输出端，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，使用ADC时通过一个低通滤波器与端口10的VCC连接；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是经过温度传感器转换后的温控电压值。

图2 单片机的外围电路设计

　　1. 2 稳压电源模块

　　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，还直接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. 7~5. 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、稳压，输出3. 3 V,供保护电路工作，其电路如图3所示。

图3 稳压电源模块电路

　　1. 3 充电均衡模块

　　采用模拟电路方案。 即在每节电池的外部搭建过压保护电路，充电过程中当电压超过预定值时，保护电路自动闭合，使电池通过电阻回路放电，以保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，保护电路自动断开。