摘要：針對(duì)目前電動(dòng)車鋰電池組所用的保護(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、不能有效保護(hù)鋰電池組等特點(diǎn)，提出一種基于單片機(jī)的電動(dòng)車36V鋰電池組保護(hù)電路設(shè)計(jì)方案。利用高性能、低功耗的ATmega16L單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心，用由MC34063構(gòu)成的DC/DC變換控制電路為整個(gè)保護(hù)電路提供穩(wěn)壓電源，輔以LM60測(cè)溫、MOS管IRF530N作充放電控制開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電池組和單個(gè)電池的狀態(tài)監(jiān)控和保護(hù)功能，達(dá)到延長(zhǎng)電池使用壽命的目的。

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)心的焦點(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(guò)充、過(guò)放、過(guò)流及短路保護(hù)等情況發(fā)生時(shí)，鋰電池內(nèi)的壓力與熱量大量增加，容易產(chǎn)生爆炸，因此通常都會(huì)在電池包內(nèi)加保護(hù)電路，用以提高鋰電池的使用壽命。針對(duì)目前電動(dòng)車鋰電池組所用的保護(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、不能有效保護(hù)鋰電池組等特點(diǎn)，本文中提出一種基于單片機(jī)的電動(dòng)車36V鋰電池組（由10節(jié)3.6V鋰電池串聯(lián)而成）保護(hù)電路設(shè)計(jì)方案，利用高性能、低功耗的ATmega16L單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心，用由MC34063構(gòu)成的DC/DC變換控制電路為整個(gè)保護(hù)電路提供穩(wěn)壓電源，輔以LM60測(cè)溫、MOS管IRF530N作充放電控制開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電池組和單個(gè)電池的狀態(tài)監(jiān)控和保護(hù)功能，達(dá)到延長(zhǎng)電池使用壽命的目的。

1保護(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)分解為電壓測(cè)量、電流測(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)的總體框圖如圖1所示。

電池組電壓、電流、溫度等信息通過(guò)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)時(shí)監(jiān)控電池組的各項(xiàng)性能指標(biāo)和狀態(tài)，一方面根據(jù)這些狀態(tài)參數(shù)控制驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)。由于使用了單片機(jī)，使系統(tǒng)具有很大的靈活性，便于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜控制，從而能方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展和性能改進(jìn)。

1.1ATmega16L單片機(jī)模塊

從低功耗、低成本設(shè)計(jì)角度出發(fā)，單片機(jī)模塊采用高性能、低功耗的ATmega16L單片機(jī)作為檢測(cè)與控制核心。ATmega16L是基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，內(nèi)部帶有16k字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，512字節(jié)EEPROM，1k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），3個(gè)具有比較模式的靈活定時(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ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI串行端口，以及6個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16L的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)功耗和處理速度之間的矛盾。

單片機(jī)的輸入輸出設(shè)計(jì)如圖2所示。由電源部分降壓、穩(wěn)壓得到的3.3V電壓通過(guò)端口10為單片機(jī)提供工作電壓；端口12和13為反向振蕩放大器與片內(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，使用ADC時(shí)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與端口10的VCC連接；端口37，38的ADC3，ADC2是經(jīng)過(guò)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(guò)溫度傳感器轉(zhuǎn)換后的溫控電壓值。