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[分享] 从零开始快速让电量计工作起来

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一粒金砂(高级)

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发表于 2019-5-8 16:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
作者:Mingmo Zhu
如果你第一次使用电量计不知道从何入手,如果你看到那么多寄存器参数不知道配置哪个,如果你面对电量计技术参考手册一两百页有点迷茫,那么这个文档或许可以帮到你。下面让我们一起从零开始,以最小配置快速让电量计正常工作起来。
第一步,准备好电量计硬件板子,对电量计供电。
可以用TI 提供的EVM评估板,也可以用自己项目带有电量计的板子。根据电池组串联节数不同,下面以最典型的单串电量计BQ27542EVM和多串电量计BQ40Z50EVM为例。一串多并的电池组按单串来对待,多串多并的电池组按多串来对待。
单串电量计供电,用单节电芯按正负极性连接到BQ27542EVMCell+, Cell-即可,或者用直流电压源设置输出电压3.6V来代替电芯,如图1所示。EVM的Cell+, Cell-端子对应单串电量计的BAT/REGIN, VSS引脚。这个时候测量BQ27542REG25引脚如果输出2.5V则说明电量计已经供电正常了。有些电量计(比如BQ27546, BQ27Z561)有CE使能脚,需要把CE脚接到高电平(比如BAT+)才会使内部电路供电。
图1 BQ27542EVM连接图
多串电量计供电,用4个电芯按正负极性依次连接到BQ40Z50EVM的1N (BAT–), 1P, 2P, 3P, 4P (BAT+)即可,或者用4个电阻串联、设置直流电源输出电压14.4V、分压模拟4节电芯,如图2所示。EVM的1N (BAT–), 1P, 2P, 3P, 4P (BAT+)端子对应多串电量计的VSS, VC1, VC2, VC3, VC4/BAT引脚。同时需要把PRES端子短接到PACK-。
图2 BQ40Z50EVM连接图
如果项目需求不是4节电芯串联,则可根据下图3来短接不用的端子。BQ40Z50默认程序配置是3串,所以第一次调试时建议只连接3串电芯。

电池串数

1N(VSS) ~ 1P(VC1)

1P(VC1) ~ 2P(VC2)

2P(VC2) ~ 3P(VC3)

3P(VC3) ~ 4P(VC4)

1

连接第1节电芯

短接

短接

短接

2

连接第1节电芯

连接第2节电芯

短接

短接

3

连接第1节电芯

连接第2节电芯

连接第3节电芯

短接

4

连接第1节电芯

连接第2节电芯

连接第3节电芯

连接第4节电芯


图3 多串电量计不同串数连接方式
由于BQ40Z50这些电量计带有充电管和放电管控制电路,刚上电时处于Shutdown模式,需要Wakeup激活。激活方法是在PACK引脚加一个3V以上的电压即可。EVM上给了最简单的激活方法,用一个wake按钮把PACK+与BAT+短接一下,把电池电压加到PACK引脚来激活。
第二步,连接通信盒。
根据电量计所用的通信协议连接到通信盒EV2300EV2400的对应的协议口。比如BQ27542, BQ27546, BQ27Z561, BQ28Z610等用I2C接口,BQ40Z50等用SMBUS接口。EV2300/EV2400SMBUS接口都自带上拉电平,无需电量计板子加上拉。EV2400I2C接口也自带上拉,但EV2300I2C接口没有自带上拉,所以用EV2300I2C时要注意电量计板子上加上拉。
EV2300在接入64位电脑系统时要单独装驱动,请参考TI E2E话题EV2300 64-bit drivers available for download,点击链接下载驱动。
EV2400在接入电脑时会自动装驱动。EV2400兼容性更广。比如BQ27Z561只能用EV2400,不能用EV2300。所以建议用EV2400
第三步,打开上位机软件进行通信及参数配置。
如果还没有安装上位机软件bqStudio,请先登录myTI,点击Battery Management Studio (bqStudio) Software Suite选最新的版本下载及安装。安装完成后按图1或图2连接板子、通信盒、电脑,然后运行bqStudio
首先,检查通信已连上。在bqStudio左边的仪表盘Dashboard上,如图4所示,USB图标能够显示EV2300EV2400即说明通信盒已识别,否则请回到第二步检查通信盒;芯片图标能够正确显示电量计名字即说明电量计通信已建立,否则请回到第一步检查电量计板子。

图4-1 通信未连接

图4-2 BQ27542通信

图4-3 BQ40Z50通信



图4 检查通信已连通

然后,在Data Memory页面配置参数。点击Read All把电量计参数读出来,如果读回是全0或提示无法访问的错误,则电量计可能已加锁,需要先对它解锁才可以继续读写参数。解锁方法是先点击右边Commands的Unseal 命令,等它完成后再点击Full Access Unseal命令。

不同电量计其参数各有不同,BQ27542253个参数、BQ40Z50-R2769个参数,我们在这里按最小配置,设定最基本、最必需的参数,以便使电量计正常工作。至于其他参数请参考文末技术参考手册TRM来慢慢配置。

  • Charge Voltage 单节电芯充电电压,比如:



BQ27542-G1 >> "Configuration","Charge","Charging Voltage",

BQ40Z50-R2 >> "Advanced Charge Algorithm","Standard Temp Low Charging","Voltage",

BQ40Z50-R2 >> "Advanced Charge Algorithm","Standard Temp High Charging","Voltage",

BQ40Z50-R2 >> "Advanced Charge Algorithm","Rec Temp Charging","Voltage"

  • Taper Current 判断充满的电流条件,要设置高于充电器截止电流,比如:



         BQ27542-G1 >> "Configuration","Charge Termination","Taper Current"

         BQ40Z50-R2 >> "Advanced Charge Algorithm","Termination Config","Charge Term Taper Current"

  • Taper Voltage 判断充满的电压条件,一般设置50~100mV即可,比如:



         BQ27542-G1 >> "Configuration","Charge Termination","Taper Voltage"

         BQ40Z50-R2 >> "Advanced Charge Algorithm","Termination Config","Charge Term Voltage"

  • Terminate Voltage系统关机电压,也是RSOC 0%相对电压。RSOC是相对的概念,RSOC=0%是说电池电压降到Terminate Voltage了,而不是电芯的过放保护电压点,也不是电芯能放电的最低电压。比如:



         BQ27542-G1 >> "Gas Gauging","IT Cfg","Terminate Voltage"

         BQ40Z50-R2 >> "Gas Gauging","IT Cfg","Term Voltage" 多串电池以总电压算,若要以单节电压算则填写"Gas Gauging","IT Cfg","Term Min Cell V"

  • Design Capacity电池标称容量,比如:



         BQ27542-G1 >> "Configuration","Data","Design Capacity"

         BQ40Z50-R2 >> "Gas Gauging","Design","Design Capacity mAh"

  • Design Energy 电池标称能量,Design Energy=Design Capacity x Design Voltage,比如:



         BQ27542-G1 >> "Configuration","Data","Design Energy"

         BQ40Z50-R2 >> "Gas Gauging","Design","Design Capacity cWh" 注意1cWh=10mWh

  • Dsg Current Threshold判断是否处于放电的电流阈值,一般低于系统最小负载电流,但要高于Quit Current,比如:



         BQ27542-G1 >> "Gas Gauging","Current Thresholds","Dsg Current Threshold"

         BQ40Z50-R2 >> "Gas Gauging","Current Thresholds","Dsg Current Threshold"

  • Chg Current Threshold判断是否处于充电的电流阈值,一般低于最小充电电流,但要高于Quit Current,比如:



         BQ27542-G1 >> "Gas Gauging","Current Thresholds","Chg Current Threshold"

         BQ40Z50-R2 >> "Gas Gauging","Current Thresholds","Chg Current Threshold"

  • Quit Current 判断是否处于静置的电流阈值,一般小于0.05C,比如:



         BQ27542-G1 >> "Gas Gauging","Current Thresholds","Quit Current"

         BQ40Z50-R2 >> "Gas Gauging","Current Thresholds","Quit Current"

第四步,校准电压、电流、温度。

如果看到电压、温度、电流测量不准,那么请点击bqStudioCalibration校准页面进行校准。

  • 电压校准在电压稳定、无负载的情况下进行。单串电量计只需要测量PACK+, PACK-填写到Applied Voltage,然后勾选Calibrate Voltage选项,点击Calibrate按钮即可。多串电量计需要测量第一节电压(VC1)、最高节正极对地电压(VC4)、端口PACK+对地电压(PACK),分别填写到Applied Cell1 Voltage, Applied Battery Voltage, Applied Pack Voltage,然后勾选旁边的Calibrate Voltage选项,点击Calibrate按钮即可。

  • 温度校准在温度稳定的情况下进行。填写实际温度,勾选Calibrate External Temperature点击Calibrate按钮即可。

  • 电流校准分为空载校准和带载校准。空载校准即零电流校准,不接负载、无电流时点击Board Offset和CC Offset。有些电量计出厂前已经做好零电流优化,在使用中不需要手动进行零电流校准,比如BQ40Z50,但是在做带载校准之前先把"Calibration","Current Offset","CC Auto Config"参数配置为"03"。带载校准一般是放电1A或2A,填写Applied Current,然后点击Calibrate按钮即可。


                                                                                         

图5-1 BQ27542校准页面 图5-2 BQ40Z50校准页面


图5校准电压、电流、温度
第五步,使能电量计。
在bqStudioCommands页面点击使能电量计算法的命令(BQ27542的使能命令是IT_ENABLE,BQ40Z50的使能命令是GAUGE_EN)即可让电量计正式运行计算电量。对于多串电量计BQ40Z50,仍需要置位Operating Status [PRES]旗标、使能充放电管控制命令(FET_EN)才能够打开充放电管。GAUGE_EN和FET_EN命令具有翻转特性,点击一次置1,再点击一次清0,所以要看IT Status [QEN]或Manufacturing Status [GAUGE_EN][FET_EN]是否为1,红色代表1,绿色代表0。如图6和图7所示。
图6 BQ27542 正常通信画面
图7 BQ40Z50正常通信画面
到这里,电压、电流、温度、电量RSOC等信息都正常显示了,充放电都可正常进行了。你已经成功地让电量计工作起来啦!
最后,如何你准备继续深入掌握电量计并充分发挥其性能以帮助你的产品,那你可以开始阅读电量计规格书(datasheet)以掌握电量计电气特性和应用电路设计,阅读技术参考手册(Technical Reference Manual, TRM)以掌握电量计各个功能和各个参数,阅读评估板使用手册(EVM user guide)以了解整个调试流程,阅读TI 阻抗跟踪电量计化学 ID 获取方法来做电量ID,做量产文件生产了。



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发表于 2019-5-8 22:13 | 显示全部楼层
好文,有关TI 电量管理的东西都有了


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