文丨胖仔研究社
编辑丨胖仔研究社
前言
随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，电动汽车进入了人们的生活，然而动力电池充电技术是制约电动汽车发展的关键问题。
本文介绍了一种以ＡＴｍｅｇａ８单片机为控制核心，以电池管理系统为主要功能模块的动力电池智能充电技术，该系统具有工作状态检测、剩余电量检测、智能控制和自动充电等功能，
能够满足电动汽车用户对动力电池快速充电的要求，提高了电动汽车用户使用的方便性和可靠性。
动力电池充电方式
动力电池的充电方式有铅酸蓄电池的恒流充电和锂离子电池的恒压充电两种，对于电动汽车的动力电池而言，应选择适合其使用电压范围的充电方式，否则将会影响到动力电池的使用寿命。
铅酸蓄电池的恒流充电，要求电池电压高于１２Ｖ，使用过程中对温度有较高要求。对于锂离子电池而言，为了延长其使用寿命，应选择适合其工作特性的充电方式，而不能选择恒压充电方式。这是因为锂离子电池在放电过程中电压会随着时间衰减。
当其电压低于额定值时，将会发生自放电现象，严重影响了锂离子电池的使用寿命。因此在对锂离子电池进行充电时，必须选择适合其使用电压范围的充电方式，以延长其使用寿命。
铅酸蓄电池的恒流充电：铅酸蓄电池的恒流充电，指的是充电过程中，随着充电电流的增加，电池电压不断升高，当电池电压达到设定值时，停止充电。
对于铅酸蓄电池而言，其充电电流是其额定电流的２倍左右。因此在对铅酸蓄电池进行充电时，必须严格控制充电电流和时间。由于铅酸蓄电池的容量随温度的升高而下降，因此在进行恒流充电时，要控制好充电电流和时间。
在对铅酸蓄电池进行恒流充电时，一般采用恒流控制方法。即在整个充电过程中，电压保持不变，而电流一直存在。
由于铅酸蓄电池的电压一般高于１２Ｖ，因此在对其进行恒流充电时，应根据电池的电压确定合适的电流值。如果电池电压低于额定值时，应及时对电池进行补充充电。
动力电池充电管理策略
电池充电管理策略是指在电池使用过程中，通过对电池的工作状态和剩余电量进行监测，以确定电池充电过程中最佳的充电方式，从而延长电池使用寿命，降低充电成本。
１．首先，根据电池的实际使用状况和环境温度，对动力电池进行分级管理。不同的环境温度下，不同的电池工作状态。对于一般的动力电池，应根据其使用环境温度和工作状态进行分级管理；对于大型动力电池（如燃料电池）应进行温度和工作状态分级管理。
２．然后，根据不同的分级管理策略，采用不同的充电方法进行充电。当动力电池处于非充分充电时（如工作温度较低或充电电流较小），应采用恒压充电方法；当动力电池处于充分充电状态时（如工作温度较高或充电电流较大），应采用恒流充电方法。
基于智能算法的动力电池充电管理系统
根据系统的设计要求，该系统采用以ＡＴｍｅｇａ８单片机为控制核心，采用智能充电算法，实现了动力电池充电管理系统。该系统具有自动控制和手动控制两种模式，可以实现动力电池自动充电和手动充电。
基于智能算法的动力电池充电管理系统的智能充电控制过程分为五个步骤：检测工作状态、检测剩余电量、进行智能控制、自动充电和完成充电。
系统硬件电路的主要功能模块包括：ＡＴｍｅｇａ８单片机、 ＬＣＤ液晶显示器、键盘、Ａ／Ｄ转换器、电压采集电路、继电器驱动电路等。
系统硬件电路中，对电池管理系统进行了软件设计，主要包括：主程序设计、中断处理程序设计和电池管理程序设计等。
主程序：主程序包括初始化、中断服务程序和充电过程控制三部分，其中，初始化包括按键和 ＬＥＤ灯的初始化；中断服务程序包括系统工作状态的检测、充电过程控制和系统休眠等；充电过程控制包括充电电流、充电电压的检测、电池状态的监测、电池组之间的均衡控制等。
在进行初始化时，首先通过键盘设置电池状态，然后根据需要设置充电电流或电压值。当电池的电压或电流达到一定值时，系统进入自适应充电模式。在进行充电过程控制时，系统首先进行电池电压和电流的检测，当检测到电池电压低于设定值时，启动充电模块。
在进入自适应充电模式后，通过单片机内部的智能算法，自动选择最佳的充电电流和电压值。当检测到电池状态达到设定值时，启动完成自适应充电过程。完成自适应充电过程后，系统进入休眠状态。
在休眠状态下，系统通过内部的唤醒模块唤醒单片机，然后由单片机自动完成对电池组的均衡控制。整个过程中系统利用 ＬＣＤ液晶显示器显示电池状态、选择最佳充电电流和电压值、计算电池组剩余电量并进行记录等。
在电池处于低电量状态时，系统开始检测电池状态并对其进行调整；当电池电量接近满电时，系统自动进入高电量状态并保持该状态不变；当电池电量充满后，系统进入休眠模式。
中断程序：ＡＴｍｅｇａ８单片机具有定时中断功能，定时中断处理程序中包括三个子程序：定时器中断程序、计数器中断程序和定时器中断子程序。
定时器中断程序主要用于系统定时器的初始化；计数器中断程序用于系统计时，当计时结束后，系统开始计时，并根据计时器的累计计时时间决定是否启动下一轮倒计时；定时器中断子程序用于系统定时中断处理，当定时器超限时时，触发计时器中断子程序。
根据系统的设计要求，本系统设计了三个定时器中断子程序：定时器中断子程序、计数器中断子程序和定时器中断子程序。
本系统在初始化时，首先通过初始化计数器Ａ从１开始计数，并设置主／从模式，启动定时器子程序和定时器中断。然后通过定时器计时器Ｂ计数，当主／从模式下的计数器Ａ超限时触发计数器Ｂ产生中断，并执行主／从模式下的计时过程。
定时器计时器Ｂ超限时时间到后，系统进入下一轮的计时过程。当计时器计时器Ｂ超限时结束后，由主／从模式下的定时器Ａ产生中断，将计时器计时器计时时间作为计数器Ａ超限时的触发条件。
电池管理程序：电池管理程序是整个系统的核心部分，包括初始化、剩余电量检测和控制程序。电池管理程序初始化是指在ＡＴｍｅｇａ８单片机中设置一个初始值，用于保存电池的剩余电量；
电池管理程序检测剩余电量是指对电池剩余电量进行检测，判断电池的工作状态，判断是否需要充电，以完成电池充电过程。电池管理程序控制部分主要由初始化和采样部分组成。初始化包括设置显示单元、采样单元和数据存储单元的工作状态；
采样部分主要由电压采集模块、温度采集模块和 ＬＣＤ液晶显示器组成；数据存储部分包括串口通讯和显示输出。初始化完成后，系统进入检测阶段，可以实时检测剩余电量的变化情况，当剩余电量低于１０％时，开始进行智能充电。
采样部分可以根据需求对电池的电压、电流等参数进行采样，并将采样值通过串口输出至 ＬＣＤ液晶显示器。为了便于数据存储，还可以通过串口发送数据到上位机中进行存储。
动力电池智能充电技术的应用前景
（一）智能充电系统能够使电动汽车实现充电的自动化。我国已经建立了以北京为中心的国家级电动汽车示范运行网，建成了一批电动汽车示范运行区和试验检测基地，在北京地区有６家整车厂，８家电池厂，４个充电设施。
动力电池智能充电系统能够实现对电池的充电管理，包括对电池电量的实时监控和对充电过程的智能控制。通过对电池工作状态的检测和分析，能够及时发现电池在运行过程中出现的故障和问题，并能通过远程控制系统进行相应的处理。
动力电池智能充电系统采用了无线通信技术和计算机技术，能够实现动力电池与电动汽车之间的信息交互。电动汽车用户可以通过互联网直接对动力电池进行充电操作，方便快捷。
（二）电动汽车与电网之间的互动能够实现电网调峰填谷功能。当前我国电网主要由火力发电厂、水力发电厂和太阳能发电站组成，其中火力发电厂是主力发电企业，风力发电和水力发电是辅助电源。
由于我国电力资源分布不平衡，在负荷高峰期会出现供电不足现象。而电动汽车的用户可以通过智能充电技术对动力电池进行快速充电，实现削峰填谷功能，可以降低电网运行成本、提高供电可靠性、节约电能。
电动汽车用户可以将电力资源与电网进行交换，用户在使用电动汽车时可以将电能用于家庭照明和家电设备的用电；
在使用电动汽车时也可以将电能用于车辆空调和照明等方面；电动汽车还可以与电网进行能源交换，电网在高峰时期需要大量的电力资源时可向电动汽车用户提供电力资源。
笔者观点
本设计采用ＡＴｍｅｇａ８单片机为控制核心，以电池管理系统为主要功能模块，能够满足电动汽车用户对动力电池快速充电的要求，具有较高的可靠性和安全性，能够显著提高电动汽车用户使用的方便性和可靠性。
