BQ79606A-Q1评估模块：大型锂电池管理的得力助手

作为一名电子工程师，在设计锂电池管理系统时，选择合适的评估模块至关重要。今天，我将为大家详细介绍德州仪器（TI）的BQ79606A-Q1评估模块（BQ79606EVM），希望能为大家在相关设计中提供一些参考。

文件下载：BQ79606EVM-897.pdf

一、概述

BQ79606EVM是BQ79606A-Q1器件的评估板，专为大型锂离子电池设计，具备监测、平衡和通信功能。每个BQ79606EVM最多可管理6节电池（最大30V），最多可堆叠64个模块，适用于高达1300V的电池组。该系统提供快速电池平衡、诊断以及模块与控制器之间的通信，还配备了独立的保护电路。

1.1 关键特性

• 被动电池平衡：通过被动平衡技术，延长锂电池的使用寿命，提高电池组的整体性能。
• 隔离通信（1kV）：确保通信的稳定性和安全性，有效隔离不同模块之间的干扰。
• 灵活架构：支持最多6节电池，可根据实际需求进行灵活配置。
• UART接口：方便与其他设备进行通信，实现数据的传输和控制。
• 高精度电池电压测量：能够准确测量电池电压，为电池状态的评估提供可靠数据。
• 诊断功能：实时监测电池状态，及时发现并处理潜在问题。
• 电阻梯模拟电池电压：在评估过程中，可通过电阻梯模拟电池电压，简化测试流程。

1.2 关键电气参数

参数	值
最大电池组电压（堆叠EVM）	1300V
最大工作电压	30V
最小工作电压	5.5V
最大电池开路电压	5V
环境温度	-40°C至85°C
标称工作温度	-20°C至60°C
电池平衡电流	约100mA

二、工作原理

BQ79606EVM的电池管理系统（BMS）通过被动平衡技术，延长锂电池的使用寿命。系统将电池组分为多个模块，每个模块最多包含6节电池。BMS会监测每个电池的电压，并将电荷从过充的电池转移到欠充的电池，或者将电荷从模块堆栈转移到欠充的电池，以实现电池的平衡。

典型的BMS系统由三个主要子系统组成：

• 主机控制器：在本例中为TMS570 LaunchPad™。
• 配置为隔离通信桥设备的BQ79606A-Q1：可由另一个BQ79606EVM支持。
• 连接到电池的BQ79606EVM模块：最多可堆叠64个（包括桥设备）。

所有命令和数据通过UART或菊花链通信连接与主机进行通信。BQ79606A在接收到主机命令之前将保持空闲状态。

典型的工作流程如下：

1. 唤醒：使用UART接口时，发送WAKEUP脉冲唤醒BQ79606EVM板；在堆叠的BQ79606EVM板中使用时，发送WAKE音调唤醒。初始化BQ79606A-Q1，使其准备好使用。
2. 采样：向BQ79606A-Q1发送采样命令，读取电池测量结果。
3. 计算：主机使用电池测量数据计算平均值，确定最高或最低电池，并确定需要平衡的电池。
4. 平衡：如果未发送停止命令，BQ79606A-Q1具有内置的超时功能（由用户设置），超时后将自动停止放电。
5. 重复或关闭：主机可以选择重复上述过程（回到步骤2），或者发送命令关闭BQ79606EVM。

三、连接器

3.1 主要输入和输出连接器

3.1.1 电池连接器

电池连接通过连接器J1进行，电池电压测量和平衡电流使用这些连接。如果使用少于6节电池，可将未使用的通道短接到线束中的顶部电池连接。

3.1.2 主机接口

6针J8 - 串行连接器用于将BQ79606EVM连接到运行GUI的PC或主机控制器。J8 - 串行连接器上的信号为5V TTL信号，建议使用FTDI的USB-to-TTL串行转换器电缆连接到PC的USB端口。

3.1.3 GPIO或热敏电阻输入

有6个GPIO引脚（并行设置，每组6个连接到相同信号），也可作为热敏电阻连接使用。前两列引脚（J15和J16的左列）按行连接，GPIO按升序排列（顶行为GPIO1，第二行为GPIO2等），第三列引脚（J16的右列）均为GND。板上提供10kΩ上拉电阻到TSREF。

3.1.4 高端和低端通信

每个板上有两组4位Molex连接器，提供堆叠EVM设备之间的高端（J6）和低端（J5）通信。

四、快速入门指南

4.1 所需设备

系统使用TMS570LS04 LaunchPad™板（TMS570LS0432 MCU）和BQ79606EVM实现。评估模块的部件号为LAUNCHXL-TMS57004和BQ79606EVM，可从TI eStore或当地TI销售代表处购买。

4.1.1 LaunchPad所需修改

为了在LaunchPad上使用SCI1 UART引脚与BQ79606EVM连接，需要移除电阻R8。

4.2 电源连接

如果使用板上的电阻梯作为电池为BQ79606EVM供电，只需确保电源正极连接到板上提供的“VSTACK”或“PWR”测试点，电源负极连接到“GND”或“Cell0”测试点，或任何“GND”支座。如果不使用电阻梯，电源正极必须连接到“PWR”测试点，电源负极必须连接到“Cell0”测试点。同时，确保J2和J3两个跳线都连接，以便从“电池堆栈”（电阻梯）提供电源和接地。

4.2.1 板上电阻梯 - 电源供应

BQ79606EVM利用板上的电阻梯简化评估过程。六个电阻的标称值均为1kΩ，每个电池连接点的电压约为模块电压的六分之一。默认情况下，SW2的所有执行器都位于最靠近IC的位置，即“关闭”或“断开”状态，此时所有电阻都未连接到BQ79606A的检测和平衡连接。要模拟连接到检测和平衡连接的电池（使用电源），必须将SW2上的所有开关执行器移向模块连接器J1，这样可以将BQ79606A连接到电阻梯，实现模拟电池测量。

4.2.2 板上电阻梯 - 使用实际电池

使用实际电池时，将SW2上的所有开关执行器移到“OFF”位置（远离J1），断开电阻梯。

4.3 连接BQ79606EVM到TMS570 LaunchPad

使用标准跳线连接两个EVM，具体连接如下表所示。默认情况下，TMS570 LaunchPad由主机计算机的USB端口供电，BQ79606EVM上的VIO可由TMS570的3.3V或5V电源供电（本例中使用3.3V）。

连接名称	BQ79606EVM	TMS570 LaunchPad
TX	J8 pin 5	J1 pin 3 (SCI1_RX)
RX	J8 pin 4	J1 pin 4 (SCI1_TX)
nWAKE	J8 pin 6	J2 pin 3 (GIOA0)
nFAULT	J8 pin 2	J2 pin 4 (GIOA1)
VIO	J8 pin 3	J1 pin 1 (+3V3)
GND	J8 pin 1	J2 pin 1 (DGND)

4.4 堆叠BQ79606EVM

使用4位Molex连接器连接EVM，每个设备上有高端（J6）和低端（J5）通信连接器。为了确保堆叠操作正常，需要配置跳线和开关。

4.4.1 基础/堆叠跳线设置 - J13

注意：某些EVM上J13的丝印可能不正确，请按照以下说明放置跳线。对于基础设备，确保跳线放置在J13的左侧；对于堆叠设备，确保跳线放置在J13的右侧。

4.4.2 基础/堆叠开关设置 - SW1

对于基础设备，确保开关置于“BASE”位置（向上）；对于堆叠设备，确保开关置于“STACK”位置（向下）。

4.5 软件

软件提供命令API和驱动程序，能够实现BQ79606A-Q1软件设计参考中提供的示例。示例代码仅提供与BQ79606A-Q1的控制接口，不提供与外界的其他通信接口，用户需要自行开发通信实现。TMS570的通信接口示例包括SPI、CAN或UART，在TMS570示例代码中，微控制器与BQ79606A-Q1设备之间使用UART通信协议。

将项目导入Code Composer Studio™的步骤如下：

1. 启动提供的文件：BQ79606A-Q1 Example Code 0.1 Installer.exe，并将文件提取到默认路径（C:tiBQ79606A-Q1 Example Code 0.1）。
2. 启动Code Composer Studio（CCS）：Start ￫ Programs ￫ Texas Instruments ￫ Code Composer Studio v8 ￫ Code Composer Studio v8。
3. 启动CCS后，选择工作区为“C:myWorkspace”。CCS加载后，选择Project ￫ Import CSS Projects... ￫ Select search-directory。
4. 在Select search-directory中，浏览到文件夹：C:tiBQ79606A-Q1 Example Code 0.1。
5. 在Discovered projects:中，勾选BQ79606A-Q1 example code。

4.6 GUI

对于初始评估，使用图形用户界面（GUI）可能更有益，它提供了“点击操作”界面，方便用户熟悉BQ79606A。在初始采样阶段，请联系当地TI FAE获取支持BQ79606A的最新BQStudio文件（GUI验证和发布后，BQStudio文件将公开可用）。

4.6.1 GUI UART连接

GUI的物理设置与微控制器相同，但将使用FTDI电缆进行J8上的UART连接。连接电缆的6针端到EVM时，FTDI电缆的金属触点必须朝上，电缆的另一端通过USB连接到主机PC。

五、物理尺寸

5.1 板尺寸

板尺寸为4.304英寸×2英寸，板高度如下：

• 顶部：最高组件（GPIO、分流器）距PCB 0.35英寸（8.8mm）。
• 底部：最高组件（变压器）距PCB 0.41英寸（10.5mm）。

5.2 板安装

评估模块的尺寸图可参考文档中的图7。

六、原理图、装配、布局和物料清单

文档中提供了BQ79606EVM的原理图、装配图、布局图和物料清单（BOM），详细信息可参考文档中的相应部分。

七、安全注意事项

在使用BQ79606EVM时，务必遵循TI的设置和应用说明，包括在推荐的电气额定电压和功率限制内使用所有接口组件。同时，要采取电气安全预防措施，确保个人和周围人员的安全。具体安全注意事项如下：

• 工作区域安全：保持工作区域清洁有序，在电路通电时必须有合格的观察者在场，在TI HV EVM及其接口电子设备通电的区域设置有效的障碍物和标识，所有超过50V（50VRMS）或75VDC的开发环境中的接口电路、电源、评估模块等必须位于受保护的紧急电源关闭（EPO）保护电源插排内，使用稳定且不导电的工作表面，使用充分绝缘的夹子和电线连接测量探头和仪器。
• 电气安全：在进行任何电气或其他诊断测量之前，先断开TI HV EVM及其所有输入、输出和电气负载的电源，并确认电源已安全断开。在确认EVM断电后，进行必要的电路配置、布线、测量设备连接等操作，同时仍需假设EVM电路和测量仪器带电。EVM准备就绪后，按预期通电，通电时切勿触摸EVM或其电路。
• 个人安全：佩戴个人防护设备，如乳胶手套或带侧护罩的安全眼镜，或使用带互锁的透明塑料盒保护EVM，防止意外触摸。
• 安全使用限制：EVM不得用作生产单元的全部或部分。

此外，还需注意一些具体的警告和注意事项，如不要在无人看管时给EVM通电，BQ79606EVM不是高压EVM，使用时需小心，避免触电，操作时不要伸手到板下，监测温度以避免过热损坏，使用多个电源时需检查设备要求并采取隔离措施，确保计算机与EVM之间无接地电位差等。

综上所述，BQ79606A-Q1评估模块是一款功能强大、性能可靠的锂电池管理评估板，适用于大型锂离子电池的开发和测试。在使用过程中，只要严格遵循相关的操作说明和安全注意事项，就能充分发挥其优势，为锂电池管理系统的设计提供有力支持。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎一起交流探讨。