Atmega锂离子电池管理

1、基于 Atmega16 的锂离子电池管理系统工程成果PCB 板焊接并调试可用，无申请专利，发表论文等情况。工程研究报告一. 工程简介：电池管理系统（BMS）是电池与用户之间的纽带，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态，确保电池 的安全性能。本工程是锂电池电池管理系统的设计，主要通过完成电压检测、电流检测 以及温度检测来达到监测锂电池电池状态、保障电池性能的目的。从而充分均衡地发挥 锂电池的最大效能，对锂电池进行合理有效的管理，确保最大限度地实现锂电池的最佳 性能，保障锂电池使用过程中的安全可靠。二. 立项背景：锂电池在使用过程中，过充

2、电、过放电和过电流都会影响电池使用寿命和性能，严重 者会导致锂电池燃烧、爆炸，现已出现手机锂电池爆炸致人伤亡的案例，经常出现 IT 和 手机厂家召回锂电池产品的时间。 所以本工程的研究有助于提高锂电池的安全性能， 避 免此类事件的再次发生。除了确保锂离子电池自身安全性的持续改进，必须同时研究电池其他性能的管理系 统，使电池及其应用能均衡发展。锂离子电池的保护主要包括过充电保护、过放电保 护、过电流及短路保护等。锂电池电池管理系统面对锂电池存在的一系列缺点，如存储 能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等，能够很好的检 测并完善这些问题。锂电池的性能是很复杂的， 不同类型的

3、电池特性亦相差很大。 锂电 池电池管理系统就能够实现提高锂电池的利用率，防止锂电池出现过充电和过放电，延 长电池的使用寿命，监控电池的状态，并达到锂电池效用的最优化。三. 工程实施方案本系统是一个锂离子电池管理系统，主要用于对多个锂离子电池串联使用时检测电池 的各项指标，包括电压检测，电流检测，温度检测，过电流过电压保护等等，通过采集 信号并传送至单片机处理，来显示各项数据及启用相应保护功能。图1系统模块框图测控模块采集单体电池电压，其电压采集电路结构图如图所示。当需要采集某路电压 时，单片机由 I/O 口输出控制信号来控制驱动继电器闭合与断开，选择需要测量的电池两 端电压，再经过电压变换处理

4、后直接送入单片机的 A/D 模块中，获得电压数据。图 2 电压检测框图温度采集芯片采用 BS18B20，在每个电池单体上挂一个芯片，采用单总线的方式连 接。图 3 温度测量框图 故障报警系统：故障报警的硬件故障报警为过压 /欠压，过热报警，采用一个蜂鸣器来实现，当电压 值高于设定的上限值或低于下限值时，蜂鸣器会发出声音提示报警。图 4 故障报警原理图显示模块：显示采用 LCD1602 液晶屏，可以通过按键选择来显示电压电流或者温度值。图 5 LCD1602 原理图四. 工程进展及取得的成果 通过近一个学期的学习，我们组取得了一定的成果。(一)、利用洞洞板的焊接调试 由于是第一次电子制作，首先尝

5、试在洞洞板上搭建电路，观察电路是否有误并更 正。完成了 atmega16 单片机最小系统的搭建，可以正常编程使用工作。(2) 完成了电源模块的搭建，利用变压器，整流桥及稳压管搭建出了正负 12V 的稳定 直流电源，用来做各个芯片的电源及测试电压。图 6 电源模块电路图(3) 完成了显示部分的程序调试， LCD1 602 能正常工作并且显示电压。图 7 利用洞洞板搭建的最小系统图 8 电源模块及采集头(二)、利用 PCB 设计来调试电路由于手工焊接会出现焊接不当导致电路不稳定，于是又学习了 DXP Protel 软件来印 刷电路板。(1) 完成了电压采集部分的调试设计，电压采集利用单片机由 I/

6、O 口输出控制信号来 控制驱动继电器闭合与断开，选择需要测量的电池两端电压，再经过电压变换处理后直接送入单片机的 A/D 模块中，获得电压数据。本次设计利用74IS138 译码器和 aqw214 光耦继电器来选择电压，实现了一个 IO 口可以同时采集 4 路电压，并且可以根据需要扩 展。采集头采用 If358 放大器作为电压跟随器，起到隔离电压，保护电路的作用。由于不 是理想运放，输入输出电压间不是严格相等，存在误差。图9电压采集电路(2) 完成了温度测量的设计，利用 DS18B20 温度采集芯片采集实时温度，可以监测电 池的实时温度。图10温度采集电路(3) 完成了故障报警系统的设计，设计采

7、用蜂鸣器和三极管，可以通过编程设定过 压，欠压的电压值以及温度来报警，达到保护电池的目的。图11故障报警电路(4) 经过测试，可以在 1 602 显示屏上正常显示被测试电压以及温度，故障报警也工作 正常图12整体电路图 13 PCB 板布线五. 收获体会，遇到的问题1.学习了使用单片机片上资源，和绘制，搭建，调试电路，感觉整个过程中调试电路 是最困难的部分。2. 采集电压时，利用光耦继电器和译码器将 4 个 10 口合并成 1 个 10 口同时采集，这样 可以节省单片机 I0 口资源。3. 完善 C 程序设计，让其可以选择模式，在电压，电流，温度之间选择。4. 搭建了温度测量电路及故障报警电路。5. 进一步减小误差。6. 工程可以进一步改进，现用的 1602 液晶太小，要改成更大的液晶才可以一次显示 更多的数据，同时改进原电路设计，扩大采集电压路数及采集