電動(dòng)汽車是指全部或部門由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車。目前重要有純電動(dòng)汽車、混合電動(dòng)汽車和燃料動(dòng)力電池汽車3種類型。電動(dòng)汽車目前常用的動(dòng)力來自于鉛酸電池、鋰離子電池、鎳氫電池等。

鋰離子電池具有高電池單體電壓、高比能量和高能量密度，是當(dāng)前比能量最高的電池。但恰是由于鋰離子電池的能量密度比較高，當(dāng)發(fā)生誤用或?yàn)E用時(shí)，將會(huì)引起安全事故。而電池治理系統(tǒng)能夠解決這一題目。當(dāng)電池處在充電過壓或者是放電欠壓的情況下，治理系統(tǒng)能夠自動(dòng)堵截充放電回路，其電量均衡的功能能夠保證單節(jié)電池的壓差維持在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。此外，還具有過溫、過流、剩余電量估測等功能。本文所設(shè)計(jì)的就是一種基于單片機(jī)的電池治理系統(tǒng)。

1電池治理系統(tǒng)硬件構(gòu)成

針對(duì)系統(tǒng)的硬件電路，可分為MCU模塊、檢測模塊、均衡模塊。

1.1MCU模塊

MCU是系統(tǒng)控制的核心。本文采用的MCU是M68HC08系列的GZ16型號(hào)的單片機(jī)。該系列所有的MCU均采用增強(qiáng)型M68HC08中心處理器(Cp08)。該單片機(jī)具有以下特性：

(1)8MHz內(nèi)部總線頻率;(2)16KB的內(nèi)置FLASH存儲(chǔ)器;(3)2個(gè)16位按時(shí)器接口模塊;(4)支持1MHz～8MHz晶振的時(shí)鐘發(fā)生器;(5)增強(qiáng)型串行通訊接口(ESCI)模塊。

1.2檢測模塊

檢測模塊中將對(duì)電壓檢測、電流檢測和溫度檢測模塊分別進(jìn)行先容。

1.2.1電壓檢測模塊

本系統(tǒng)中，單片機(jī)將對(duì)電池組的整體電壓和單節(jié)電壓進(jìn)行檢測。關(guān)于電池組整體電壓的檢測有2種方法：(1)采用專用的電壓檢測模塊，如霍爾電壓傳感器;(2)采用精密電阻構(gòu)建電阻分壓電路。采用專用的電壓檢測模塊本錢較高，而且還要特定的電源，過程比較復(fù)雜。所以采用分壓的電路進(jìn)行檢測。10串錳酸鋰離子電池組電壓變化的范圍是28V～42V。采用3.9M?贅和300k?贅的電阻進(jìn)行分壓，采集出來的電壓信號(hào)的變化范圍是2V～3V，所對(duì)應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果為409和*。

關(guān)于單體電池的檢測，重要采用飛電容技術(shù)。飛電容技術(shù)的原理圖如圖1所示，為電池組后4節(jié)的保護(hù)電路圖，通過四通道的開關(guān)陣列可以將后4節(jié)電池的任意1節(jié)電池的電壓采集到單片機(jī)中，單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而對(duì)電池組的充電放電起到保護(hù)用途。

如圖1所示，為電池組后4節(jié)的保護(hù)電路圖，通過四通道的開關(guān)陣列可以將后4節(jié)電池的任意1節(jié)電池的電壓采集到單片機(jī)中，單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而對(duì)電池組的充電放電起到保護(hù)用途。

以上6節(jié)電池可以用2個(gè)三通道開關(guān)切換陣列來實(shí)現(xiàn)。MAX309為1片4選1、雙通道的多路開關(guān)，通過選址實(shí)現(xiàn)通道的選擇。開關(guān)S5、S6、S7負(fù)責(zé)將電池的正極連接至飛電容的正極。開關(guān)S2、S3、S4負(fù)責(zé)將電池負(fù)極連接至飛電容的負(fù)極。三通道開關(guān)切換陣列結(jié)構(gòu)與四通道開關(guān)切換陣列類似，只是通道數(shù)少1路。工作時(shí)，單片機(jī)發(fā)出通道選址信號(hào)，讓其中1路電池的正負(fù)極與電容連接，對(duì)電容進(jìn)行充電，然后斷開通道開關(guān)，接通跟隨放大器的開關(guān)，單片機(jī)對(duì)電容的電壓進(jìn)行快速檢測，由此完成了對(duì)1節(jié)電池的電壓檢測。若發(fā)現(xiàn)檢測電壓小于2.8V，則可推斷出電池可能發(fā)生短路、過放或保護(hù)系統(tǒng)到電池的檢測線斷路，單片機(jī)將馬上發(fā)出信號(hào)堵截主回路MOS管。重復(fù)上述過程，單片機(jī)即完成對(duì)本模塊所治理的電池的檢測。

1.2.2電流采樣電路

電流采樣時(shí)，電池治理系統(tǒng)中的參數(shù)是電池過流保護(hù)的重要依據(jù)。本系統(tǒng)中電流采樣電路如圖2所示。當(dāng)電池放電時(shí)，用康銅絲對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行檢測，將檢測到的電壓信號(hào)經(jīng)由差模放大器的放大，變?yōu)?～5V的電壓信號(hào)送至單片機(jī)。假如放電的電流過大，單片機(jī)檢測到的電壓信號(hào)比較大，就會(huì)驅(qū)動(dòng)三極管動(dòng)作，改變MOS管柵極電壓，關(guān)斷放電的回路。好比，關(guān)于36V的錳酸鋰離子電池來說，設(shè)定其保護(hù)電流是60A。康銅絲的電阻是5mΩ左右。當(dāng)電流達(dá)到60A時(shí)，康銅絲的電壓達(dá)300mV左右。為進(jìn)步精度，將電壓通過放大器放大10倍送至單片機(jī)檢測。

1.2.3溫度檢測

電池組在充、放電過程中，一部分能量以熱量形式被釋放出來，這部分熱量不及時(shí)排除會(huì)引起電池組過熱。假如單個(gè)鎳氫電池溫度超過55℃，電池特性就會(huì)變質(zhì)，電池組充、放電平衡就會(huì)被打破，繼而導(dǎo)致電池組永久性損壞或爆炸。為防止以上情況發(fā)生，要對(duì)電池組溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并進(jìn)行散熱處理。

采用熱敏電阻作為溫度傳感器進(jìn)行溫度采樣。熱敏電阻是一種熱敏性半導(dǎo)體電阻器，其電阻值隨著溫度的升高而下降。電阻溫度特性可以近似地用下式來表示：