一种新型电动自行车电池管理系统

顾靖达　谢凯兵　张运

摘 要：电动自行车是一种新兴的代步工具。近年随着电池、电机技术的发展，已有很大的改善，但是还是存在一些缺陷，如：启动与控制不同步，过度充放电造成电池使用寿命缩短等等。针对这些缺陷，我们设计了一种新型的电动自行车电池动力系统。在我们的设计中，此系统用一个微处理器对系统采集到的数据进行处理分析，提高了微处理器的利用效率；而且此系统体积比现有的电动自行车动力系统小得多，符合锂电池体积小，质量轻的特点，有利于锂电池电动自行车的推广应用。

关键词：电动自行车 电池管理 应用

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0182-01

针对电动自行车在电池使用方面的缺陷，我们的系统可以对其进行有效的改进：实时监测电池（以锂电池为例）信息，在需要充电时分析电池状态，决定是否充电；充电过程中采集电池的电压，电流及温度信号；在电池充满电后，进行涓流充电，保养电池；在此基础上，系统还可以分析电机的状态，决定是否启动，实现电动自行车动力系统的一体化工作。

在我们的设计中，动力系统主要包括以飞思卡尔MC9S08AW60微处理器为核心的主控制电路，实现对电机运行状态的控制，并保护电机、蓄电池不受损害；以IR2103芯片为驱动器的驱动电路、功率逆变器电路，利用芯片的自举性能，驱动功率MOSFET管控制电机电流；以MAX14920/MAX14921芯片为终端的电池信息采集电路，完成电压电流温度信号的采样；还有一些保护电路等辅助电路。动力系统的主要硬件框图如图1所示。

电池信息检测电路把检测到的锂电池的信息反馈给主控电路，主控电路处理后做出相应的指示是否进行充电或者是否继续充电；同时辅助电路将手把等信号输入主控电路，主控电路判断后决定是否启动电机；在此过程中，保护电路一直起作用。

功率驱动采用IR2103芯片，IR2103是一种高功率高速的功率MOSFET驱动器，内含自举电路；一个芯片可以驱动两个MOSFET，逻辑输入与标准的CMOS或LSTTL输出兼容，最低3.3 V逻辑触发，有两个独立的高端和低端输出通道，分别与三相电机U、V、W相连接，实现对电机的驱动。

MAX14920/MAX14921是准确采集电池信息的终端芯片，可以对电池单体电压进行采样，MAX14920可以一次检测12个单体电池，检测其电压电流及温度，MAX14921则可以检测16个单体电池。在我们的设计中采用的是13个单体锂电池串联，故采用MAX14921芯片。此芯片具有一些关键特性：高精确度 、电池电压采样、自校准、综合诊断、明线和短路故障检测、欠压/过压警告、热关断、高灵活性、低功耗等。这些特性是的此芯片适合测量各种常见锂电池的单体电池信息。

在电池信息检测电路中，我们选择在锂电池不同位置进行锂电池温度检测，与单片机进行连接以控制两芯片之间的通信，最后输出电池电压和温度信息。当单片机指令采集单体电池电压时，采样电容接到单体电池两端，然后断开采样电容与单体电池连接，将采集到的电压通过电池信息输出端口，输出到微处理器，由主控电路进行信息处理。

针对系统的硬件设备，我们设计了相应的软件程序进行调试。主程序主要完成各模块初始化定义、电池信息的处理、防飞车保护。每次系统上电，首先要进行防飞车保护检测，即检测手把电压是否为零，若为零则继续操作，否则保持等待循环。打开总中断后，程序进入主程序循环，根据采集得来的电流、速度数据进行PID运算。

电动车的发展对中国的能源和环境有重大的意义。我们设计的电动自行车电池管理系统对电池的使用状况进行实时检测，对延长电池的使用寿命有一定的作用，同时它将电动自行车的电机与充电器等硬件设备集成在一起，实现一体化工作，简单易控。

参考文献

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