探索bq20z80EVM - 001：先进的电池管理解决方案评估模块

在电池管理技术领域，精确且高效的解决方案至关重要。TI公司的bq20z80EVM - 001评估模块为我们提供了一个全面评估电池管理系统的平台。下面，我们就来深入了解一下这个评估模块。

文件下载：BQ20Z80EVM-001.pdf

一、评估模块概述

bq20z80EVM - 001是一个完整的评估系统，主要用于评估bq20z80、bq29312和bq29401构成的电池管理系统。它包含了一个电路模块、一个电流感测电阻、两个热敏电阻以及基于Windows系统的PC软件。该电路模块集成了bq20z80 IC、bq29312 IC和bq29401 IC等元件，能对2、3或4节串联的锂离子或锂聚合物电池组进行容量监测与预测、电池平衡、关键参数监测以及过充、过放、短路和过流保护。不过，要将该评估模块与PC连接，还需要单独购买EV2300板用于电量计接口。

二、功能特点

（一）完整评估功能

它是一个适用于带有Impedance Track技术的bq20z80 SBS 1.1兼容先进电量计、bq29312模拟前端（AFE）和保护IC以及bq29401独立过压保护IC的完整评估系统。

（二）快速搭建

配备已焊接好元件的电路模块，可实现快速搭建。

（三）便捷评估

提供PC软件和接口板，方便进行评估操作。

（四）数据记录

软件支持数据记录功能，便于进行系统分析。

三、套件内容

• 电路模块：包含bq20z80、bq29312和bq29401的电路模块。
• 软件CD：带有评估软件。
• 文档资料：一套支持文档。

四、电路模块详解

（一）连接方式

电路模块上的触点提供了多种连接方式：

• 电池连接：直接连接到电池的1N（BAT -）、1P、2P、3P、4P（BAT +）。
• 通信连接：连接到串行通信端口（SMBC、SMBD）。
• 负载与充电器连接：系统负载和充电器连接在PACK +和PACK -之间。
• 其他连接：连接到系统存在引脚（SYS PRES）和睡眠引脚（SLEEP）。

  （二）引脚描述

  引脚名称	描述
  1N	第一个（底部）电池的负极连接
  1P	第一个（底部）电池的正极连接
  2P	第二个电池的正极连接
  3P	第三个电池的正极连接
  4P	第四个（顶部）电池的正极连接
  SMBC	串行通信端口时钟
  SMBD	串行通信数据端口
  SYS PRES	系统存在引脚（低电平表示系统存在）
  SLEEP	睡眠模式引脚（高电平使AFE进入睡眠模式）
  PACK -	电池组负极
  VSS	电池组负极
  PACK +	电池组正极

  （三）预充电模式选择

  为了实现充电功能，充电FET（CHG - FET）必须导通以形成电流路径。当电池电压(V{(BAT)})为0V且CHG - FET导通时，(V{(PACK)})会低至电池电压，此时设备的供电电压过低无法正常工作。bq29312有三种预充电模式可供选择：

  1. 0 - V Charge FET模式：使用额外的FET（ZVCHG - FET）提供预充电电流路径，以维持PACK +电压水平。
  2. Common FET模式：不使用专用的预充电FET，充电FET（CHG - FET）默认处于导通状态。
  3. Precharge FET模式：使用额外的开漏（OD）引脚驱动FET（PCHG - FET）提供预充电电流路径，以维持PACK +电压水平。

要使用特定的充电模式，需要根据表2添加或移除一些元件，并设置相应的DF.Configuration、ZVCHG1、ZVCHG0参数。

（四）熔断器测试电路

为了防止在熔断器熔断测试过程中损坏电路板，电路中未提供实际的化学熔断器。当发生熔断器熔断条件时，FET Q4会将TP4拉低，因此可以通过监测TP4来测试该条件。

五、物理布局与物料清单

（一）电路板布局

文档中展示了bq20z80/bq29312模块的尺寸、PCB层和组装图，包括丝印布局、顶层组装、各层布局以及底层组装等。

（二）物料清单

详细列出了电路模块所需的各种元件，包括电容、电阻、二极管、MOSFET、IC等，以及它们的数量、参考编号、描述、尺寸和制造商零件编号等信息。

六、硬件与软件设置

（一）系统要求

bq20z80EVSW软件需要Windows 2000或Windows XP系统。虽然提供了Windows 98SE的驱动程序，但由于微软不再支持Windows 98，可能会在USB驱动支持方面出现问题。

（二）软件安装

可以从power.ti.com的bq20z80工具文件夹中找到最新的软件版本。安装步骤如下：

1. 将CD中的文件复制到所选的临时目录，打开TI USB DRVRS.zip文件并将其内容提取到子目录/drivers中，提取时选择保留目录结构选项；或者直接运行同一目录下的SETUP.EXE文件。
2. 将EV2300插入USB端口。
3. 等待系统提示发现新硬件，选择手动选择位置，使用浏览按钮指向子目录TIUSBWin2K - XP - 1。
4. 对于驱动未通过微软认证的警告，选择继续。
5. 安装完成后，系统再次提示发现新硬件，重复上述步骤，但指向子目录TIUSBWin2K - XP - 2。
6. 再次选择继续以应对驱动未认证警告。
7. 对于Windows 98系统，指向目录TIUSBWin98。
8. 返回提取文件的临时目录，双击Setup.exe图标安装EV软件。

如果从网络下载文件，需要先打开包含安装包的存档文件，将其内容复制到临时目录，然后按照上述步骤进行安装。

七、硬件连接

（一）电池组连接

根据电池组的节数不同，连接方式也有所不同：

• 4节电池组：按顺序连接1N（BAT -）、1P和2P。
• 3节电池组：连接1N（BAT -）、1P、2P，然后将4P和3P连接在一起。
• 2节电池组：连接1N（BAT -）、1P，然后将4P、3P和2P连接在一起。

要开始充电或放电测试，需要将PRES引脚连接到PACK -引脚以设置SYS PRES状态；要测试睡眠模式，则断开PRES引脚。

（二）PC接口连接

1. 使用导线将基于bq20z80/bq29312的智能电池连接到EV2300，具体连接方式为：SMBD连接SMBD，SMBC连接SMBC，VSS连接GND。
2. 将PC的USB电缆连接到EV2300和PC的USB端口。

八、操作说明

（一）启动程序

通过开始菜单中的“程序” - “Texas Instruments” - “bq20z80 EVSW”启动程序，会出现SBS数据屏幕。点击“Refresh”（单次扫描）按钮或勾选“Keep Scanning”复选框后，数据开始显示。可以通过“Options” - “Set Scan Interval”菜单设置连续扫描周期，范围为0ms到65535ms。该软件还提供数据记录功能，选择“Start Logging”按钮可启用记录，记录间隔可在“Options”菜单中设置，且记录间隔不能小于扫描间隔。

（二）设置可编程选项

bq20z80的数据闪存按照bq20z80数据手册中的默认设置进行配置，需要确保设置正确以匹配正在评估的bq20z80/bq29312解决方案的电池组和应用。可以使用数据闪存屏幕进行设置：

• 读取数据：点击菜单选项“Data Flash” - “Read All”可读取bq20z80数据闪存中的所有数据。
• 写入数据：点击所需位置，输入数据并按键可写入整个闪存数据标签；也可以选择菜单选项“Data Flash” - “Write All”。在写入数据之前，必须先读取数据闪存，以避免写入错误数据。
• 导出与导入：“File” - “Special Export”菜单选项可将数据闪存导出，并配置为适合批量生产使用的学习状态。选择“File” - “Export”可将数据闪存配置保存到文件，也可以通过这种方式检索数据闪存文件并导入，使用“Write All”按钮将其写入bq20z80。
• 自动导出：bq20z80支持自动数据闪存导出功能，通过“Options” - “Auto Export”选择该功能后，数据闪存将被导出到一系列按顺序命名的文件中，文件名格式为FilenameNNNNN.gg，其中N为0到9的十进制数字。自动导出间隔可在“Options”菜单中设置，最小值为15秒。

九、校准屏幕操作

（一）校准前准备

在对bq20z80进行校准之前，需要根据校准类型进行以下操作：

• 若使用FET，需要在Pack -和Pack +之间连接一个约2A的负载，并测量放电电流。
• 若不使用FET，需要在Batt -和Pack -之间连接一个电流源。
• 测量电池组从Batt +到Batt -的电压（即电池电压总和）。
• 测量电池组的温度。

  （二）校准bq20z80

  1. 选择要执行的校准类型。
  2. 输入所选类型的测量值。
  3. 如果选择了电压校准，需要输入电池组的电池节数。
  4. 如果选择了温度校准，需要选择要校准的传感器。
  5. 如果负载连接在Pack +和Pack -之间，需要勾选“Use FETs”复选框。
  6. 按下“Calibrate Part”按钮。

     （三）电路板偏移校准

     移除负载或外部电压，将Pack -短路到Batt -，然后按下“CC Board Offset”按钮。

     （四）电池组电压校准

     确保已经对电池组进行了电压校准，否则电池组电压校准可能会出错。移除施加在Pack +和Pack -之间的负载或外部电压，按下“Pack Voltage”按钮进行校准。

十、专业（高级）屏幕功能

（一）SMB通信

SMBus上的读写操作是通用的通信工具，不特定于任何电量计。

（二）十六进制/十进制转换器

在两个输入框中输入值后，可实现十六进制和十进制之间的转换。但输入无效值可能会导致错误结果。在将转换后的十六进制值扩展到更多字节时，需要遵循以下规则：

• 选择无符号时，左填充为零。
• 选择有符号时，正数的左填充为零，负数的左填充为F。

  （三）编程功能

  支持从非加密和加密文件对设备进行重新编程。

总之，bq20z80EVM - 001评估模块为电子工程师提供了一个全面且便捷的平台，用于评估和开发电池管理系统。通过深入了解其功能、特点和操作方法，工程师们可以更好地利用该模块进行电池管理方案的设计和优化。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？又有哪些独特的使用经验可以分享呢？欢迎在评论区留言交流。