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基于ATmega16的电动车锂电池组分析
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2017-11-27
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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威廉希尔官方网站
，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威廉希尔官方网站
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）保护威廉希尔官方网站
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变换控制威廉希尔官方网站
为整个保护威廉希尔官方网站
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 保护威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 ，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
从低功耗、低成本设计角度出发，单片机模块采用高性能、低功耗的ATmega16 L单片机作为检测与控制核心。 ATmega16 L 是基于增强的AVRR ISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，内部带有16 k 字节的系统内可编程Flash， 512 字节EEPROM， 1 k字节SRAM， 32个通用I/O口线， 32个通用工作寄存器（用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程） ， 3个具有比较模式的灵活定时器/计数器（ T/C） （片内/外中断） ，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口， 8路10位具有可选差分输入级可编程增益（ TQFP封装）的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SP I串行端口，以及6个可以通过软件进行选择的省电模式。 由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 L的数据吞吐率高达1M IPS/MHz，从而可以缓减系统功耗和处理速度之间的矛盾。
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操作威廉希尔官方网站 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。
1 保护威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 ，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
从低功耗、低成本设计角度出发，单片机模块采用高性能、低功耗的ATmega16 L单片机作为检测与控制核心。 ATmega16 L 是基于增强的AVRR ISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，内部带有16 k 字节的系统内可编程Flash， 512 字节EEPROM， 1 k字节SRAM， 32个通用I/O口线， 32个通用工作寄存器（用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程） ， 3个具有比较模式的灵活定时器/计数器（ T/C） （片内/外中断） ，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口， 8路10位具有可选差分输入级可编程增益（ TQFP封装）的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SP I串行端口，以及6个可以通过软件进行选择的省电模式。 由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 L的数据吞吐率高达1M IPS/MHz，从而可以缓减系统功耗和处理速度之间的矛盾。
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操作威廉希尔官方网站 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。
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