一種基於單片機控制的電動車鋰電池組保護系統的製作方法
2023-06-14 04:24:06 1
專利名稱：一種基於單片機控制的電動車鋰電池組保護系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動車電池組保護系統，尤其涉及一種基於單片機控制的電動車鋰電池組保護系統，屬於單片機控制技術領域。
背景技術：
隨著電動自行車的逐漸普及，電動自行車的主要能源一鋰電池也成為眾人關心的焦點。鋰電池與鎳鎘、鎳氫電池不太一樣，因其能量密度高，對充放電要求很高。當過充、過放、過流及短路保護等情況發生時，鋰電池內的壓力與熱量大量增加，容易產生爆炸，因此通常都會在電池包內加保護電路，用以提高鋰電池的使用壽命。目前電動車鋰電池組所用的保護電路大多都由分立原件構成，存在控制精度不夠高、技術指標低、不能有效保護鋰電池組等特點。
發明內容
本發明針對現有技術提供了一種基於單片機控制的電動車鋰電池組保護系統，利用高性能、低功耗的ATmegal6L單片機作為檢測和控制核心，用由MC34063構成的DC/DC變換控制電路為整個保護電路提供穩壓電源，輔以LM60測溫、MOS管IRF530N作充放電控制開關，實現對整個電池組和單個電池的狀態監控和保護功能，達到延長電池使用壽命的目的。本發明為實現上述目的，採用如下技術方案:一種基於單片機控制的電動車鋰電池組保護系統，包括單片機、大功率開關模塊、均衡充電模塊、電壓採樣模塊、A/D轉換模塊、電流採樣模塊、溫度測量模塊、均衡組模塊和鋰電池組模塊，所述電池組模塊的電壓、電流、溫度信息通過電壓採樣模塊、電流採樣模塊和溫度測量模塊，加到信號採集部分的A/D轉換模塊的輸入端；A/D轉換模塊將輸入的模擬信號轉換為數位訊號，並傳輸給單片機控制驅動大功率開關；所述均衡充電模塊輸出端接電池組模塊的輸入端為其提供穩定的電源，所述鋰電池組模塊為整個系統提供電源。本發明的有益效果是:該系統使用了單片機模塊，使系統具有很大的靈活性，便於實現各種複雜控制，從而能方便地對系統進行功能擴展和性能改進，實現對整個電池組和單個電池的狀態監控和保護功能，達到延長電池使用壽命的目的。
圖1為系統結構示意具體實施例方式下面結合附圖對發明的技術方案實現方法進行說明:該系統以單片機為數據處理和控制的核心，將任務設計分解為電壓測量、電流測量、溫度測量、開關控制、電源、均衡充電等功能模塊。圖1中，該系統包括單片機、大功率開關模塊、均衡充電模塊、電壓採樣模塊、A/D轉換模塊、電流採樣模塊、溫度測量模塊、均衡組模塊和鋰電池組模塊，所述電池組模塊的電壓、電流、溫度信息通過電壓採樣模塊、電流採樣模塊和溫度測量模塊，加到信號採集部分的A/D轉換模塊的輸入端；A/D轉換模塊將輸入的模擬信號轉換為數位訊號，並傳輸給單片機控制驅動大功率開關；所述均衡充電模塊輸出端接電池組模塊的輸入端為其提供穩定的電源，所述鋰電池組模塊為整個系統提供電源。單片機作為數據處理和控制的核心，一方面實時監控電池組的各項性能指標和狀態，一方面根據這些狀態參數控制驅動大功率開關。由於使用了單片機，使系統具有很大的靈活性，便於實現各種複雜控制，從而能方便地對系統進行功能擴展和性能改進。從低功耗、低成本設計角度出發，單片機模塊採用高性能、低功耗的ATmegal6L單片機作為檢測與控制核心。ATmegal6L是基於增強的AVRR ISC結構的低功耗8位CMOS微控制器，內部帶有16k字節的系統內可編程Flash，512位元組EEPR0M，lk字節SRAM，32個通用I/O 口線，32個通用工作寄存器(用於邊界掃描的JTAG接口，支持片內調試與編程)，3個具有比較模式的靈活定時器/計數器(T/C)(片內/外中斷)，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP封裝)的ADC，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行埠，以及6個可以通過軟體進行選擇的省電模式。由於其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATmegal6L的數據吞吐率高達IM IPS/MHz，從而可以緩減系統功耗和處理速度之間的矛盾。單片機的輸入輸出系統由電源部分降壓、穩壓得到的3.3V電壓通過埠 10為單片機提供工作電壓；埠 12和13為反向振蕩放大器與片內時鐘操作電路的輸入端和反向振蕩放大器的輸出端，為單片機提供工作晶振 』埠 30是埠 A與A/D轉換器的電源，使用ADC時通過一個低通濾波器與埠 10的VCC連接；埠 37，38的ADC3，ADC2是經過轉換後待檢測的電壓、電流值；埠 39，40的ADC1，ADCO是經過溫度傳感器轉換後的溫控電壓值。穩壓電源模塊是單片機系統的重要組成部分，它不僅為系統提供多路電源電壓，還直接影響到系統的技術指標和抗幹擾性能。ATmegal6L單片機的工作電壓為2.7 5.5V,為保證單片機穩定的工作電壓為3.3V.穩壓部分是由MC34063構成的DC/DC變換控制電路，從電池組分出的25V電壓經過電路降壓、穩壓，輸出3.3V，供保護電路工作。
充電均衡模塊採用模擬電路方案，即在每節電池的外部搭建過壓保護電路，充電過程中當電壓超過預定值時，保護電路自動閉合，使電池通過電阻迴路放電，以保護電池不會過度充電。當電池電壓減小到均衡充電動作電壓4.18V時，保護電路自動斷開。電壓電流測量模塊中由待測的電壓通過集成運算放大器LM358，將輸出送至單片機進行檢測。LM358內部包括2個獨立、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合於電源電壓範圍很寬的單電源使用和雙電源工作模式，由於其低功耗電流，也適合於電池。用霍爾傳感器UGN-3501M檢測直流電流。UGN-3501M是集成型霍爾傳感器，採用差動霍爾電壓輸出，檢測靈敏度為1.4V/0.1T.
電壓電流檢測電路，由運算放大器LM358的5，6引腳所接的BB，AA為待測的充電、放電電壓，經過放大後由7腳輸出至單片機進行檢測，當檢測到待測電壓達到過充、過放保護電壓時，由單片機控制斷開充放電迴路。電流檢測通過霍爾傳感器完成，將從UGN-350IMl，8引腳輸出的霍爾電壓uH接至LM358的3，4引腳，經過放大後從I腳輸出ADC3至單片機，進行過電流保護。UGN-3501M的5，6，7引腳連接調整電位器，用以補償不等位電勢，同時改善線性。調整5，6引腳外接電阻R16，可使輸出霍爾電壓uH與磁場強度有較好的線性關係。溫度檢測和控制模塊選用電壓輸出型的半導體溫度傳感器LM60.該傳感器是一種已校正的集成化溫度傳感器，它的工作溫度範圍是_40°C至125°C，工作電壓範圍是2.7V至10V.信號輸出與溫度成正比，信號大小可達+6.25mV/°C。基於LM60的溫度檢測電路，由穩壓部分輸出的3.3V電源為此電路供電，經過溫度傳感器將探測點的溫度轉化為電壓值通過ADCO，ADCl輸出，再將ADCO，ADCl送入單片機進行檢測，當電壓值達到溫控要求時，單片機控制開關通斷。開關模塊採用M0SFET，型號選用P溝道的MOS管的IR530N.工作原理:單片機控制埠輸出高電平，功率三極體導通，功率場 效應管的柵極和漏極之間產生壓降，功率場效應管導通。
權利要求
1.一種基於單片機控制的電動車鋰電池組保護系統，其特徵在於，包括單片機、大功率開關模塊、均衡充電模塊、電壓採樣模塊、A/D轉換模塊、電流採樣模塊、溫度測量模塊、均衡組模塊和鋰電池組模塊，所述電池組模塊的電壓、電流、溫度信息通過電壓採樣模塊、電流採樣模塊和溫度測量模塊，加到信號採集部分的A/D轉換模塊的輸入端；A/D轉換模塊將輸入的模擬信號轉換為數位訊號，並傳輸給單片機控制驅動大功率開關；所述均衡充電模塊輸出端接電池組模塊的輸入端為其提供穩定的電源，所述鋰電池組模塊為整個系統提供電源。
全文摘要
本發明公布了一種基於單片機控制的電動車鋰電池組保護系統，包括單片機、大功率開關模塊、均衡充電模塊、電壓採樣模塊、A/D採樣模塊、電流採樣模塊、溫度測量模塊、均衡組模塊和鋰電池組模塊，所述電池組電壓、電流、溫度等信息通過電壓採樣、電流採樣和溫度測量電路，加到信號採集部分的A/D輸入端；A/D模塊將輸入的模擬信號轉換為數位訊號，並傳輸給單片機。該系統具有很大的靈活性，便於實現各種複雜控制，從而能方便地對系統進行功能擴展和性能改進。
文檔編號H02H7/18GK103094886SQ20111033875
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者王亞妹 申請人:王亞妹