基于ATmega8的电动车蓄电池智能管理系统设计

引言

电动汽车的无(低)污染优点,使其成为当代汽车发展的主要方向。电动汽车的发展需要解决两大难题，即能量存储和动力驱动。由于短期内动力电池储能不足的问题难以解决，使能量管理技术成为电动汽车发展的关键。在传统充电技术中，常用的恒压充电、恒压限流充电、恒流充电等模式，都是由人工控制充电过程,大多存在着严重的过充电现象。充电质量的好坏，直接影响蓄电池的使用寿命。而新型蓄电池智能管理系统的设计，就是为了在线检测动力电池状态，提高充电质量和效率，使操作人员只担任辅助性工作。

管理系统的组成及硬件设计

本文设计的智能化管理系统是一种分布式、模块化的车载电池监控系统，它主要由主控模块、可控充电系统模块、电压采集子模块、温度采集子模块、电流测量子模块及显示模块构成，通过LIN总线实现相互通信。该管理系统原理框图如图1所示。

图1系统原理框图

LIN总线通信电路

LIN总线的通信简单，方便，使智能电源管理系统与汽车的各系统之间既相互联系又相对独立，从而克服了目前电池管理的漏洞，能使汽车和汽车蓄电池的安全性和可控性得到大大的提高。图2为其具体电路，本设计中各个模块均包含该电路，以此实现信息共享和传输，本设计中实际通信波特率为1200bps。其中，pc817起到隔离作用，max1487保证收发信号在时间上错开。

图2 LIN总线通信电路图

电压检测电路设计

对多个蓄电池串联的电压测量方法主要有变阻分压，继电器开关切换，分布式电压测量3种方案。本设计的检测对象是4组并联、每组为40节串联的末端电压为48V的电池组，其单节电池标称电压为1.2V，主要用来检测电池状态，避免其中的单节坏电池影响使用，要求的精确度不是很高。所以，每个测压模块测量一组电池，即以每8节电池为一单元进行测量。考虑到工艺及成本，测压电路采用变阻分压与继电器开关相结合的电路结构。

图3电压测量电路图

如图3所示，U1~U5为分压后电平，分别连接在单片机带A/D转换功能的PC0-PC4口，完成电压采样。在进行可调电阻R1和固定电阻R2的参数选择时，其分压应保证Ui≤5V，即对第i路采样， 其中，Umax为单元电池组的最大电压。 本设计采用继电器开关，用以检测模块不工作时是否彻底与电池组断开，避免电池小电流放电；采用可调电阻，在A/D转换后的程序处理中可以采用统一的变量设计，简化程序，方便实际调试。

温度检测设计

在温度测量模块中主要使用了DS18B20数字温度传感器，该器件的主要特点为：独特的单线接口只需一个接口引脚即可通信；多点能力使分布式温度检测应用得以简化；不需要外部组件；可用数据线供电；不需要备份电源；测量范围为-55℃~+125℃，增量值为0.5℃；以9位数字值方式读出温度；具有用户可定义的、非易失性的温度告警装置。此外，由于每一个DS18B20有唯一的系列号，因此，多个DS18B20可以存在于同一条单线总线上，给应用带来了极大的方便。

图4 可控充电模块主电路

可控充电模块设计该模块(见图4)是实际设计中的难点，它与外电网相连，对车载电池进行充电，并能根据控制电路发出的指令或标志位，实现对蓄电池分阶段、以不同电流进行充电，且有自动断电的功能，实现智能充电。根据实际需要的大功率、高电压的特点，其主电路采用全桥拓扑结构，输出回路采用全桥整流，同时，为改善功率开关器件的工作状态，主电路采用了软开关技术。

主控及液晶显示模块

主程序模块是整个系统的核心，其根据需要从各模块收集数据，判断分析数据，并把相关信息显示在液晶屏上。当处于充电状态时，根据电流采集子模块发送的信息，结合电池电压参数和温度测量值进行充电控制，依据电流测量模块计算的电量值，实现充电模式的判别和转变，当电充满时，单片机将对数据设立标志，使可控充电模块断开继电器，充电电路与电池组断开。本设计采用内置T6963C的MGLS240128T点阵液晶显示模块。显示及主控模块的电路如图5所示。其中，VCC为5V电源，D0~D7与MC68HC912D60A的一个8位数据口相连，引脚5、6、8为控制口，用来控制液晶显示模块的读写操作，RST(10脚)为液晶显示模块硬件复位脚。V0口输入液晶显示驱动电压，滑动变阻器用来调节液晶显示亮度。

图5 主控及液晶显示模块电路图

软件编程及测试

本管理系统的核心软件是在ICCAVR编译环境下用C语言编程实现的。依据硬件设计中的模块化设计，每一个模块中均有一个ATmega8芯片，所

以，在编程时按照模块任务进行单独编程，子模块主程序基本包含模块初始化和数据处理，以及串口接收和发送中断程序，在串口中断程序中，主控模块发送数据请