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(多图) 基于ATmega8的电动车蓄电池智能管理系统设计

来源:《电子设计应用》/武汉理工大学自动化学院 高怀 李波 孙俊?? 2006年11月06日 ?? 收藏0

?????? 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。

系统原理框图

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。

  LIN总线通信电路图

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。

电压测量电路图

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。

可控充电模块主电路

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。


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