基于ATmega8的電動車蓄電池智能管理系統設計

引言

電動汽車的無（低）污染優點，使其成為當代汽車發展的主要方向。電動汽車的發展需要解決兩大難題，即能量存儲和動力驅動。由于短期內動力電池儲能不足的問題難以解決，使能量管理技術成為電動汽車發展的關鍵。在傳統充電技術中，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程，大多存在這嚴重的過充電現象 。充電質量的好壞，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，就是為了在線檢測動力電池狀態，提高充電質量和效率，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lin總線實現相互通信。該管理系統原理框圖如圖1所示。

lin總線通信電路

lin總線的通信簡單，方便，使智能電源管理系統與汽車的各系統之間既相互聯系又相對獨立，從而克服了目前電池管理的漏洞，能使汽車和汽車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，本設計中各個模塊均包含該電路，以此實現信息共享和傳輸，本設計中實際通信波特率為1200bps。其中，pc817起到隔離作用，max1487保證收發信號在時間上錯開。

電壓檢測電路設計

對多個蓄電池串聯的電壓測量方法主要有變阻分壓，繼電器開關切換，分布式電壓測量3種方案。本設計的檢測對象是4組并聯、每組為40節串聯的末端電壓為48v的電池組，其單節電池標稱電壓為1.2v，主要用來檢測電池狀態，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，每個測壓模塊測量一組電池，即以每8節電池為一單元進行測量。考慮到工藝及成本，測壓電路采用變阻分壓與繼電器開關相結合的電路結構。

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。在進行可調電阻r1和固定電阻r2的參數選擇時，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關，用以檢測模塊不工作時是否徹底與電池組斷開，避免電池小電流放電；采用可調電阻，在a/d轉換后的程序處理中可以采用統一的變量設計，簡化程序，方便實際調試。

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，該器件的主要特點為：獨特的單線接口只需一個接口引腳即可通信；多點能力使分布式溫度檢測應用得以簡化；不需要外部組件；可用數據線供電；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；具有用戶可定義的、非易失性的溫度告警裝置。此外，由于每一個ds18b20有唯一的系列號，因此，多個ds18b20可以存在于同一條單線總線上，給應用帶來了極大的方便。

可控充電模塊設計

該模塊（見圖4）是實際設計中的難點，它與外電網相連，對車載電池進行充電，并能根據控制電路發出的指令或標志位，實現對蓄電池分階段、以不同電流進行充電，且有自動斷電的功能，實現智能充電。根據實際需要的大功率、高電壓的特點，其主電路采用全橋拓撲結構，輸出回路采用全橋整流，同時，為改善功率開關器件的工作狀態，主電路采用了軟開關技術。

主控及液晶顯示模塊

主程序模塊是整個系統的核心，其根據需要從各模塊收集數據，判斷分析數據，并把相關信息顯示在液晶屏上。當處于充電狀態時，根據電流采集子模塊發送的信息，結合電池電壓參數和溫度測量值進行充電控制，依據電流測量模塊計算的電量值，實現充電模式的判別和轉變，當電充滿時，單片機將對數據設立標志，使可控充電模塊斷開繼電器，充電電路與電池組斷開。

本設計采用內置t6963c的mgls240128t點陣液晶顯示模塊。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8位數據口相連，引腳5、6、8為控制口，用來控制液晶顯示模塊的讀寫操作，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電壓，滑動變阻器用來調節液晶顯示亮度。

軟件編程及測試

本管理系統的核心軟件是在iccavr編譯環境下用c語言編程實現的。依據硬件設計中的模塊化設計，每一個模塊中均有一個atmega8芯片，所以，在編程時按照模塊任務進行單獨編程，子模塊主程序基本包含模塊初始化和數據處理，以及串口接收和發送中斷程序，在串口中斷程序中，主控模塊發送數據請求，各子模塊在中斷程序中根據收到的相關數據串向主控模塊發送相應的數據。此外，各子模塊根據主控模塊返回的數據，進行實際器件的操作，管理系統就這樣通過lin總線進行通信及操作。在通信的軟件調試中，通過使用串口調試軟件，并將總線數據通過串口連接到pc上，便于監測各個模塊的數據，發現問題并進行調試。

結語

本設計采用atmega8單片機，充分利用了其外圍接口多、功能強的特點，操作方便、成本低。整個系統已經在一款電動工程車上使用，系統穩定。