探索 bq27520EVM：单电池阻抗跟踪技术评估模块的深度解析

作为电子工程师，我们总是在寻找能够提升电池管理系统性能的先进技术和工具。今天，我将深入介绍德州仪器（Texas Instruments）的 bq27520EVM 评估模块，它采用了系统侧单电池阻抗跟踪（Impedance Track™）技术，为电池电量监测和预测提供了强大的解决方案。

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1. bq27520EVM 概述

bq27520EVM 是一个完整的评估系统，专为评估 bq27520 电量计而设计。它包含一个 bq27520 电路模块、一个电流感测电阻和一个热敏电阻。要将该 EVM 与 PC 连接，还需要一个 EV2300 板，该板可单独购买。

1.1 特性

• 完整评估系统：采用阻抗跟踪技术，为 bq27520 电量计提供全面评估。
• 快速设置：预装电路模块，便于快速搭建。
• 易于评估：配备 PC 软件和接口板，方便进行各种测试和分析。
• 数据记录：软件支持数据记录，有助于系统分析。
• 固件升级：可通过闪存重新编程升级到最新固件版本。

1.2 套件内容

• bq27520 电路模块（HPA568）：集成了 bq27520 电池电量计集成电路和其他必要组件，可准确预测 1 串联锂离子电池的容量。
• NTC103AT 热敏电阻：用于温度监测。

1.3 订购信息

EVM 部件编号	化学类型	配置	容量
bq27520EVM	Li - ion	1 电池	任意

2. bq27520 电路模块

2.1 电路模块连接

电路模块上的触点提供了以下连接：

• 电池组连接：通过 J2 或 J3 直接连接到电池组，包括 PACK +、PACK - 和 TS。
• 串行通信端口：通过 J8 连接到串行通信端口，包括 SDA、SCL 和 VSS。
• 系统负载和充电器：通过 J6 和 J7 连接到系统负载和充电器，包括 CHARGER - /LOAD - 和 CHARGER + /LOAD +。
• 信号输出：通过 J5 访问信号输出，包括 SOC_INT、BAT_GD 和 BAT_LOW。

2.2 引脚描述

引脚名称	描述
PACK +	电池组正极端子
PACK -	电池组负极端子
TS	电池组热敏电阻输入，连接到 IC 的 TS 引脚
SDA	I2C 通信数据线
SCL	I2C 通信时钟线
VSS	通信线的信号返回，与充电器和地共享
CHG + /LOAD +	负载或充电器连接的高电位
CHG - /LOAD -	负载或充电器连接的低电位（系统 VSS）
BAT_GD	推挽输出，指示电池组准备好连接到系统
BAT_LOW	推挽输出，信号低充电状态（SOC）
SOC_INT	开漏输出，信号 SOC 变化的中断

3. 电路模块物理布局、物料清单和原理图

3.1 电路板布局

该部分展示了 bq27520 模块的印刷电路板（PCB）层、组装图和原理图。包括丝印图、顶层组装图、顶层和底层布局图等。

3.2 物料清单

数量	参考编号	描述	尺寸	制造商部件编号
6	C1, C2, C5 - C8	陶瓷电容器，0.1 µF，10 V，X5R	0402	Murata GRM155R61A104KA01D
1	C3	陶瓷电容器，33 nF，10 V，X7R，+/-10%	0402	Murata GRM155R71A333KA01D
1	C4	陶瓷电容器，1 µF，6.3V，X5R	0402	Murata GRM155R60J105KE19D
1	D1	双齐纳二极管，5.6 V，300 mW	SOT23	Diodes AZ23C5V6 - 7
3	J1, J6, J7	2 针端子块，6 A，3.5 mm	0.27 x 0.25 英寸	OST ED555/2DS
2	J2, J5	4 针端子块，6 A，3.5 mm	0.55 x 0.25 英寸	OST ED555/4DS
2	J3, J8	4 针直角摩擦锁组件插头	0.400 x 0.500 英寸	Molex 22 - 05 - 3041
3	J4, J9	3 针公插头，100 密耳间距		Sullins PEC36SAAN
1	R1	芯片电阻，1.80 MΩ，1/16 W，5%	0402	Std Std
1	R10	芯片电阻，0.01 Ω，1/4 W，1%	0805	Vishay WSL0805R0100FEA18
2	R11, R12	芯片电阻，10 kΩ，1/16 W，5%	0402	Std Std
1	R2	芯片电阻，18.2 kΩ，1/16 W，5%	0402	Std Std
1	R3	芯片电阻，1 kΩ，1/16 W，5%	0402	Std Std
6	R4 - R9	芯片电阻，100 Ω，1/16 W，5%	0402	Std Std
3	TP1, TP3, TP6	红色通孔测试点	0.100 x 0.100 英寸	Keystone 5000
2	TP2, TP5	黑色通孔测试点	0.100 x 0.100 英寸	Keystone 5001
1	TP4	白色通孔测试点	0.100 x 0.100 英寸	Keystone 5002
1	U1	系统侧阻抗跟踪电量计 IC	BGA	Texas Instruments BQ27520YZF

3.3 性能规格总结

规格	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压（PACK + 到 PACK -）	2.7	3.6	4.3	V
充放电电流	0	2		A

4. EVM 硬件和软件设置

4.1 软件安装

要安装 bq27520EVM PC 软件，请按照以下步骤操作：

1. 确保在开始此过程之前，EV2300 未通过 USB 电缆连接到 PC。
2. 在产品文件夹中选择“工具和软件”选项卡。
3. 在“软件”部分，点击“电池管理工作室（bqStudio）软件套件”。
4. 点击“下载”按钮下载软件。
5. 将软件下载到硬盘。
6. 双击软件可执行文件，并按照所有说明和提示进行操作。

4.2 故障排除

在下载文件时，用户必须以管理员身份登录。由于驱动程序未签名，管理员必须在操作系统策略中允许安装未签名的驱动程序。

5. 硬件连接

5.1 连接 bq27520 电路模块到电池组

按照图 6 所示，将 bq27520 电路模块连接到电池组和系统负载/充电器。

5.2 PC 接口连接

1. 使用表 4 所示的导线将基于 bq27520 的 EVM 连接到 EV2300。	bq27520 电池	EV2300
   SDA	SDA
   SCL	SCL
   VSS	GND

2. 将 PC USB 电缆连接到 EV2300 和 PC 的 USB 端口。

6. 操作

6.1 启动程序

从“开始 | 所有程序 | 德州仪器 | 电池管理工作室”运行 bqStudio。主屏幕将显示，如果显示的不是预期的屏幕，可能意味着 EVM 未正确连接到计算机。确保 USB 接口（EV2300 或 EV2400 或 GDK）和 bq27520 已连接，并重新启动 bqStudio。如果问题仍然存在，检查 I2C 上拉电阻是否连接。点击 （单次扫描）按钮或“扫描”按钮后，数据将开始显示。要禁用扫描功能，再次点击“扫描”按钮。连续扫描周期可以通过打开“窗口 | 首选项 ￫ 寄存器”部分进行设置，范围为 0 ms 到 65,535 ms。

6.2 设置可编程 bq27520 选项

bq27520 数据存储器根据 bq27520 技术参考手册（SLUUA35）中的默认设置进行配置。确保将设置正确更改以匹配正在评估的 bq27520 解决方案的电池组和应用。可以使用“数据存储器”屏幕进行设置。点击“读取所有”按钮可从 bq27520 非易失性闪存存储器中读取所有数据。要更新参数，点击所需参数，弹出窗口将提供所选参数的详细信息，输入值并按 Enter 键，bqStudio 将更新所选参数。点击“导入”按钮可从指定的 .gg.csv 文件导入整个配置。点击“导出”按钮并输入文件名，可将配置保存到 .gg.csv 文件。

7. 校准

为确保准确的值报告，必须对 bq27520EVM 进行校准。可以通过 bqStudio 中的“校准”窗口进行校准。

7.1 校准 bq27520

按照文档中给出的顺序依次校准每个项目。选择要执行的校准类型，通过选择相应的复选框进行操作。如有必要，输入所选类型的测量值。然后按下“按以下指示校准部件”按钮。完成所有校准后，关闭“校准”子窗口。在“校准”子窗口打开时，即使在后台，校准例程也在固件中运行。在进行配置或测试之前，关闭子窗口以确保校准例程停止。

7.2 CC 偏移校准

按下“按以下指示校准电量计”按钮，执行库仑计数器输入偏移的内部校准。

7.3 板偏移校准

此步骤执行板电流偏移的偏移校准。在执行此校准步骤时，应确保感测电阻中没有电流流过。

1. 移除负载并将 PACK - 短路到 GND。
2. 按下“校准板偏移”按钮。

7.4 电压校准

1. 使用校准过的仪表测量 PACK + 和 PACK - 之间的电压。
2. 将电压值以 mV 为单位输入到“输入实际电压”中。
3. 测量 PACK 的温度。
4. 将温度值输入到“输入实际温度”中。
5. 按下“按以下指示校准电压和温度”按钮。

7.5 温度校准

1. 测量 PACK 的温度。
2. 将温度值输入到“输入实际温度”中。
3. 选择要校准的温度传感器是内部还是外部。
4. 按下“按以下指示校准电量计”按钮。

7.6 电池组电流校准

连接一个负载到 LOAD - 和 LOAD +，该负载大约吸取 1 A 的电流，或者连接一个电流源到 LOAD - 和 PACK -。确保报告的测量电流为负，否则反转连接。

1. 使用校准过的仪表测量电流，并将值输入到“输入实际电流”中，放电方向的电流使用 (-) 表示。
2. 按下“按以下指示校准电量计”按钮。

8. 高级通信 I2C

I2C 读写操作是通用的通信工具，不特定于任何电量计。通过 bqStudio 中的“高级通信 I2C”界面可以进行 I2C 通信操作。

9. bqStudio™ 软件

9.1 简介

德州仪器的电量计采用阻抗跟踪算法，提供了一系列无与伦比的功能和优势。然而，广泛的配置设置可能会使评估过程的开始变得具有挑战性。此外，确定正确的化学模型和生成“黄金图像”文件可能会很耗时。bqStudio 程序旨在通过逐步使用向导程序，大大简化配置、校准、选择化学类型和执行学习周期的过程。

9.2 程序导航和流程图

通过查看图 15 中的基本流程图，可以了解 bqStudio 程序的操作顺序。使用该程序很简单，只需启动一个新项目并按顺序从 1A 到 5C 执行步骤。可以使用“下一步”按钮，或点击顶部选项卡和左侧子部分标签移动到任何所需页面。由于数据依赖关系或实现正确的流程，某些操作必须按顺序完成。因此，建议至少在开始时遵循规定的顺序。

总结

bq27520EVM 评估模块为电子工程师提供了一个强大的工具，用于评估和开发基于 bq27520 的电池管理系统。通过其先进的阻抗跟踪技术、易于使用的软件和详细的文档，我们可以更准确地监测和预测电池容量，提高电池管理系统的性能。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理配置和校准该模块，以充分发挥其优势。你在使用类似的电池管理评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。