探索RDI7018C3T1：搭载BMI7018电池单元控制器集成电路的评估板

在电池管理系统的设计与开发中，一款优秀的评估板能为工程师们提供极大的便利。今天，我们就来深入了解一下NXP的RDI7018C3T1评估板，它搭载了BMI7018电池单元控制器集成电路，为电池管理应用的开发提供了强大的支持。

文件下载：NXP Semiconductors RDI7018C3T1 参考设计.pdf

一、评估板概述

RDI7018C3T1评估板是NXP推出的一款硬件评估工具，主要用于支持BMI7018设备。该评估板上集成了三个BMI7018电池单元控制器IC，BMI7018是一款专门用于监测多达18个锂离子电池单元的控制器，适用于工业应用。它能够对差分电池单元电压进行模数转换，还具备温度测量功能，并可通过I²C总线与其他设备进行通信。

三、准备工作

3.1 套件内容

• 评估板/模块：已组装并测试，放置在防静电袋中。
• 电池单元终端电缆：共三根。
• 传输协议链路（TPL）通信电缆：一根。

3.2 额外硬件

• 电池组或电池模拟器：需要一个4 - 18节的电池组或电池模拟器，如BATT - 18EMULATOR。
• TPL通信系统：评估设置包括FRDM665SPIEVB（用于MC33665A的评估板）和S32K3X4EVB - T172（S32K3 MCU），同时还提供了EvalGUI软件。

四、硬件剖析

4.1 套件概览

RDI7018C3T1评估板不仅能实现对电池单元电压和温度的监测，还能通过板载的FXPS7250A4ST1压力传感器测量电池模块的压力。它先使用TEA1721AT/N1,118反激式控制器将电池模块电压转换为12V，再将12V转换为5V为压力传感器供电。在通信方面，板外通信采用电感隔离，板内通信则通过电容实现电隔离。

4.2 评估板特性

• 参考设计：采用三个BMI7018，展示了优化的物料清单（BOM）。
• 通信隔离：板内通信采用电容隔离，基于NXP为BMI7018设计的核心布局，该布局经过了内部电磁兼容性（EMC）和热插拔测试。
• 电路板设计：四层电路板，所有组件仅安装在顶层。
• ESD保护：电池单元静电放电（ESD）电容器采用0805封装，所有电压高于约25V的信号也使用0805封装。
• 电池单元平衡：每个平衡通道使用三个1206表面贴装器件（SMD）电阻，用于单个电池单元电压平衡。
• 温度输入：提供八个外部热敏电阻输入。
• 压力传感器：板载高性能、高精度的绝对压力传感器。
• EEPROM占位：预留了I²C总线EEPROM的位置。

4.3 压力传感器电源电路

评估板通过FXPS7250A4ST1压力传感器测量电池模块的压力。其电源电路先将电池模块电压转换为12V，再转换为5V为压力传感器供电。当使用18节电池模拟器板BATT - 18EMULATOR时，该板通过5V电源为RDI7018C3T1供电。若将电池模拟器板替换为54节串联的LFP电池模块，评估板上的标称电池模块电压将变为约173V，此时需要将R168（20kΩ）电阻替换为10kΩ 0603电阻，以确保金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）正常工作。

4.4 主要组件

4.4.1 BMI7018：18通道锂离子电池单元控制器IC

BMI7018是评估板的核心组件，它具备多种功能，能够全面监测电池的特性：

• 电池单元电压测量：可测量4 - 18个电池单元，支持母线电压测量，具有16位分辨率和±1mV的典型测量精度，以及136μs的同步性，还集成了可配置的数字滤波器。
• 温度和辅助电压测量：提供一个用于绝对测量的模拟输入和八个可配置为绝对或比例测量的模拟输入，输入范围为5V，具有16位分辨率和±5mV的典型测量精度，同样集成了可配置的数字滤波器。
• 模块电压测量：输入范围为9.6V - 90V，具有16位分辨率和0.3%的测量精度，集成可配置数字滤波器。
• 内部测量：包含两个冗余的内部温度传感器，可测量电源电压和外部晶体管电流。
• 电池单元电压平衡：具备18个内部平衡场效应晶体管（FET），每个通道平均电流可达150mA，支持所有通道的同时被动平衡，具有多种平衡控制方式，如全局和个体欠压阈值的电压控制平衡、温度控制平衡等。
• 通信接口：支持I²C总线主接口，可控制外部设备，如EEPROM和安全IC；具备可配置的报警输出；支持循环唤醒功能，可在睡眠和平衡期间监控电池组；在故障事件时可通过菊花链唤醒主机MCU；主机接口支持串行外设接口（SPI）或变压器物理层3（TPL3），TPL3接口数据速率为2Mbit，SPI接口数据速率为4Mbit。
• 操作模式：包括主动模式（典型电流12mA）、睡眠模式（典型电流60μA）和深度睡眠模式（典型电流15μA）。

4.4.2 FXPS7250A4ST1：模拟绝对压力传感器

该传感器用于监测电池模块的压力，具有以下特性：

• 压力范围：绝对压力范围为20kPa - 250kPa。
• 温度范围：工作温度范围为 - 40°C - +130°C。
• 输出信号：提供模拟输出，用于监测绝对压力信号。
• 内部结构：包含压力传感器和数字信号处理器（DSP），具备内部自测试功能，采用电容 - 电压转换器和抗混叠滤波器，以及Sigma - delta模数转换器（ADC）和sinc滤波器，还提供800Hz或1000Hz的绝对压力低通滤波器。
• 封装形式：采用无铅16引脚HQFN封装，尺寸为4mm x 4mm x 1.98mm。

4.5 连接器

评估板上的连接器包括电池单元连接器（J1_1、J1_2和J1_3）、NTC连接器（J3_X、J4_X、J5_X、J6_X）和TPL连接器（J2_1和J2_3），不同连接器具有不同的类型和对应的匹配连接器及压接参考。

4.6 原理图、电路板布局和物料清单

RDI7018C3T1评估板的原理图、电路板布局和物料清单可在http://www.nxp.com/RDI7018C3T1 上获取。

4.7 附件板

4.7.1 FRDM665SPIEVB

这是一款用于MC33665A的评估板，MC33665A是一款网关路由器，可将TPL消息从MCU路由到四个不同的TPL端口，适用于汽车和工业应用。该评估板的板载TPL接口为四个TPL端口提供了变压器隔离，是MC33665A与MCU进行SPI接口快速原型设计的理想选择。

4.7.2 S32K3X4EVB - T172

为FRDM665SPIEVB提供控制信号。

五、硬件配置

5.1 电池模拟器连接

NXP提供的18节电池模拟器板BATT - 18EMULATOR可通过连接器J1_1、J1_2和J1_3以及提供的供电电缆与RDI7018C3T1评估板连接，方便工程师改变模拟电池组中任意18个电池单元的电压。

5.2 TPL通信连接

在高压隔离应用的菊花链配置中，最多可连接21个RDI7018C3T1评估板。TPL连接使用FRDM665SPIEVB的COMM连接器J1和J2以及RDI7018C3T1的J2_1和J2_3。

六、总结

RDI7018C3T1评估板凭借其强大的功能和丰富的特性，为电池管理系统的开发提供了一个优秀的平台。无论是电池单元的监测、平衡，还是电池模块压力的测量，都能通过该评估板轻松实现。同时，其配套的附件板和详细的文档资源，也为工程师们的开发工作提供了极大的便利。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求，合理配置硬件，充分发挥评估板的性能。你在使用类似评估板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。