基于A(yíng)Tmega8的電動(dòng)車(chē)蓄電池智能管理系統設計

電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)(低)污染優(yōu)點(diǎn),使其成為當代汽車(chē)發(fā)展的主要方向。電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展需要解決兩大難題，即能量存儲和動(dòng)力驅動(dòng)。由于短期內動(dòng)力電池儲能不足的問(wèn)題難以解決，使能量管理技術(shù)成為電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵。在傳統充電技術(shù)中，常用的恒壓充電、恒壓限流充電、恒流充電等模式，都是由人工控制充電過(guò)程,大多存在著(zhù)嚴重的過(guò)充電現象。充電質(zhì)量的好壞，直接影響蓄電池的使用壽命。而新型蓄電池智能管理系統的設計，就是為了在線(xiàn)檢測動(dòng)力電池狀態(tài)，提高充電質(zhì)量和效率，使操作人員只擔任輔助性工作。

管理系統的組成及硬件設計

本文設計的智能化管理系統是一種分布式、模塊化的車(chē)載電池監控系統，它主要由主控模塊、可控充電系統模塊、電壓采集子模塊、溫度采集子模塊、電流測量子模塊及顯示模塊構成，通過(guò)LIN總線(xiàn)實(shí)現相互通信。該管理系統原理框圖如圖1所示。

圖1系統原理框圖

LIN總線(xiàn)通信電路

LIN總線(xiàn)的通信簡(jiǎn)單，方便，使智能電源管理系統與汽車(chē)的各系統之間既相互聯(lián)系又相對獨立，從而克服了目前電池管理的漏洞，能使汽車(chē)和汽車(chē)蓄電池的安全性和可控性得到大大的提高。圖2為其具體電路，本設計中各個(gè)模塊均包含該電路，以此實(shí)現信息共享和傳輸，本設計中實(shí)際通信波特率為1200bps。其中，pc817起到隔離作用，max1487保證收發(fā)信號在時(shí)間上錯開(kāi)。

圖2  LIN總線(xiàn)通信電路圖

電壓檢測電路設計

對多個(gè)蓄電池串聯(lián)的電壓測量方法主要有變阻分壓，繼電器開(kāi)關(guān)切換，分布式電壓測量3種方案。本設計的檢測對象是4組并聯(lián)、每組為40節串聯(lián)的末端電壓為48V的電池組，其單節電池標稱(chēng)電壓為1.2V，主要用來(lái)檢測電池狀態(tài)，避免其中的單節壞電池影響使用，要求的精確度不是很高。所以，每個(gè)測壓模塊測量一組電池，即以每8節電池為一單元進(jìn)行測量?？紤]到工藝及成本，測壓電路采用變阻分壓與繼電器開(kāi)關(guān)相結合的電路結構。

圖3電壓測量電路圖

如圖3所示，U1~U5為分壓后電平，分別連接在單片機帶A/D轉換功能的PC0-PC4口，完成電壓采樣。在進(jìn)行可調電阻R1和固定電阻R2的參數選擇時(shí)，其分壓應保證Ui≤5V，即對第i路采樣， 其中，Umax為單元電池組的最大電壓。 本設計采用繼電器開(kāi)關(guān)，用以檢測模塊不工作時(shí)是否徹底與電池組斷開(kāi)，避免電池小電流放電；采用可調電阻，在A(yíng)/D轉換后的程序處理中可以采用統一的變量設計，簡(jiǎn)化程序，方便實(shí)際調試。

溫度檢測設計

在溫度測量模塊中主要使用了DS18B20數字溫度傳感器，該器件的主要特點(diǎn)為：獨特的單線(xiàn)接口只需一個(gè)接口引腳即可通信；多點(diǎn)能力使分布式溫度檢測應用得以簡(jiǎn)化；不需要外部組件；可用數據線(xiàn)供電；不需要備份電源；測量范圍為-55℃~+125℃，增量值為0.5℃；以9位數字值方式讀出溫度；具有用戶(hù)可定義的、非易失性的溫度告警裝置。此外，由于每一個(gè)DS18B20有唯一的系列號，因此，多個(gè)DS18B20可以存在于同一條單線(xiàn)總線(xiàn)上，給應用帶來(lái)了極大的方便。

圖4  可控充電模塊主電路

可控充電模塊設計該模塊(見(jiàn)圖4)是實(shí)際設計中的難點(diǎn)，它與外電網(wǎng)相連，對車(chē)載電池進(jìn)行充電，并能根據控制電路發(fā)出的指令或標志位，實(shí)現對蓄電池分階段、以不同電流進(jìn)行充電，且有自動(dòng)斷電的功能，實(shí)現智能充電。根據實(shí)際需要的大功率、高電壓的特點(diǎn)，其主電路采用全橋拓撲結構，輸出回路采用全橋整流，同時(shí)，為改善功率開(kāi)關(guān)器件的工作狀態(tài)，主電路采用了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。

主控及液晶顯示模塊

主程序模塊是整個(gè)系統的核心，其根據需要從各模塊收集數據，判斷分析數據，并把相關(guān)信息顯示在液晶屏上。當處于充電狀態(tài)時(shí)，根據電流采集子模塊發(fā)送的信息，結合電池電壓參數和溫度測量值進(jìn)行充電控制，依據電流測量模塊計算的電量值，實(shí)現充電模式的判別和轉變，當電充滿(mǎn)時(shí)，單片機將對數據設立標志，使可控充電模塊斷開(kāi)繼電器，充電電路與電池組斷開(kāi)。本設計采用內置T6963C的MGLS240128T點(diǎn)陣液晶顯示模塊。顯示及主控模塊的電路如圖5所示。其中，VCC為5V電源，D0~D7與MC68HC912D60A的一個(gè)8位數據口相連，引腳5、6、8為控制口，用來(lái)控制液晶顯示模塊的讀寫(xiě)操作，RST(10腳)為液晶顯示模塊硬件復位腳。V0口輸入液晶顯示驅動(dòng)電壓，滑動(dòng)變阻器用來(lái)調節液晶顯示亮度。