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  • BQ41Z90 锂离子电池包管理器评估模块

    • ZHCUCL9 December   2024 BQ41Z90

       

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  • BQ41Z90 锂离子电池包管理器评估模块
  1.   1
  2.   说明
  3.   特性
  4.   4
  5. 1评估模块概述
    1. 1.1 引言
    2. 1.2 套件内容
    3. 1.3 规格
    4. 1.4 器件信息
      1. 1.4.1 准备工作
  6. 2BQ41Z90EVM 快速入门指南
    1. 2.1 设置并评估 EVM 时所需的项目
    2. 2.2 软件安装
    3. 2.3 EVM 连接
      1. 2.3.1 跳线说明
    4. 2.4 更新固件
  7. 3硬件
    1. 3.1 BQ41Z90 生产校准指南
  8. 4软件
    1. 4.1 Battery Management Studio
      1. 4.1.1 寄存器屏幕
      2. 4.1.2 设置可编程 BQ41Z90 选项
      3. 4.1.3 校准屏幕
        1. 4.1.3.1 电压校准
        2. 4.1.3.2 温度校准
        3. 4.1.3.3 电流校准
      4. 4.1.4 化学成分屏幕
      5. 4.1.5 固件屏幕
        1. 4.1.5.1 对闪存存储器编程
        2. 4.1.5.2 导出闪存存储器内容
      6. 4.1.6 高级命令 SMB 画面
  9. 5硬件设计文件
    1. 5.1 BQ41Z90EVM 电路模块原理图
    2. 5.2 电路模块物理布局
      1. 5.2.1 电路板布局布线
      2. 5.2.2 原理图
    3. 5.3 物料清单
  10. 6其他信息
    1. 6.1 商标
  11. 7德州仪器 (TI) 相关文档
  12. 重要声明
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EVM User's Guide

BQ41Z90 锂离子电池包管理器评估模块

下载最新的英语版本

说明

BQ41Z90EVM 是用于评估 BQ41Z90 电量监测计功能的完整系统。此电量监测计适用于由多节电池系统（最多可由 16 节电芯串联）供电的应用。该评估模块 (EVM) 包括一个 BQ41Z90 电路模块、一个电流检测电阻器和六个热敏电阻。此评估模块 (EVM) 是适用于 BQ41Z90 电池管理系统的完整评估系统。

特性

  • 适用于 BQ41Z90EVM 锂离子电池包管理器评估模块和 BQ77216 独立过压保护 IC 的完整评估系统
  • 已组装的电路模块，便于快速设置

  • 通过软件记录数据，便于进行系统分析

BQ41Z90
注： 此 EVM 用于基本产品功能评估，并不反映器件的全部性能，也不是为了在生产周期中使用而设计。

1 评估模块概述

1.1 引言

该 EVM 包含一个 BQ41Z90 和 BQ77216 电路模块，可连接基于 Microsoft®Windows® 的 PC 软件。该电路模块包含一个 BQ41Z90 集成电路、一个 BQ77216 以及所有其他必需的板载元件（用于监控和预测容量、执行电芯均衡、监控关键参数、防止 3 至 16 节串联锂离子或锂聚合物电池包中出现过充、过放电、短路和过流）。该电路模块直接与电池中的各电芯相连。借助 EV2400 接口板和软件，用户可以读取 BQ41Z90 数据寄存器、对适用于不同数据包配置的芯片组进行编程、记录循环数据以便进一步评估，并对该设计在不同充电和放电条件下的整体功能进行评估。

1.2 套件内容

  • BQ41Z90 和 BQ77216 电路模块
  • 用于连接 EVM 与 EV2400 通信接口适配器的电缆

1.3 规格

本节总结了 BQ41Z90EVM 和 BQ77216EVM 的性能规格。

表 1-1 BQ41Z90 和 BQ77216 电路模块性能规格汇总
规格最小值典型值最大值单位
Pack+ 至 Pack– 的输入电压4.92085V
充电和放电电流0210A

1.4 器件信息

有关完整的订购信息，请参阅位于 www.ti.com 的产品页面。

表 1-2 订购信息
EVM 器件型号化学成分配置容量
BQ41Z90EVM锂离子电池3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15 或 16 节电芯不限

有关器件固件和硬件的信息，请参阅 www.ti.com 上的 BQ41Z90 具有 Dynamic Z-Track™ 的 2 节、3 节和 4 节串联锂离子电池包管理器 数据表和 BQ41Z90 技术参考手册。

1.4.1 准备工作

为确保使用 BQ41Z90 EVM 或在其附近工作的任何人的安全，请注意以下警告和注意事项。请遵循所有安全防护措施。

BQ41Z90 警告 BQ41Z90EVM 电路模块在运行期间可能会因散热而变烫。切勿接触电路板。请遵守适用于相关实验室的所有适用安全规程。
BQ41Z90 警告 BQ41Z90EVM 不属于高电压 EVM，其间隙小于高电压板上通常使用的间隙，并且没有隔离边界。如果在该电路板上施加高电压，则应将所有端子视为具有高电压。将该电路板连接到带电的导线时可能会发生电击。该电路板应由专业人员小心处理。为安全起见，强烈建议使用具有过压和过流保护功能的隔离式测试设备。
BQ41Z90 注意 请勿在无人照看的情况下使该 EVM 通电。
警告：

BQ41Z90 的默认设置不会将性能限制为 EVM 的额定值。适当设置所有保护措施并限制电流，以确保安全运行。

警告：

电路模块的板底上有信号迹线、元件和元件引线。这可能会导致电压、高温表面或尖锐的边缘暴露在外面。操作过程中请勿触摸电路板的底部。

警告：

电路模块可能会因过热而损坏。为避免损坏，请在评估期间监测温度并根据需要使系统环境冷却。请勿使操作超出规格表中的电流和电压限制。

警告：

某些电源会因施加外部电压而损坏。如果使用 1 个以上的电源，请检查您的设备要求并根据需要使用阻断二极管或其他隔离技术，以防止设备损坏。

警告：

EVM 上的通信接口未进行隔离。请确保计算机和 EVM 之间不存在接地电位。此外，请注意计算机以 EVM 的电池电位为基准。

警告：

必须在端子块上实施用于实现额定电流的连接方式。没有为测试点设置板流额定值。

2 BQ41Z90EVM 快速入门指南

本节介绍了使用新 EVM 并将其配置为在实验室环境中运行所需的分步过程。

2.1 设置并评估 EVM 时所需的项目

  • BQ41Z90 或 BQ77216 电路模块
  • EV2400 通信接口适配器
  • 用于连接 EVM 与 EV2400 通信接口适配器的电缆
  • 用于连接通信接口适配器与计算机的 USB 电缆
  • 装有 Windows 7 或更高版本操作系统的计算机
  • 访问互联网以下载 Battery Management Studio 软件安装程序。
  • 3 至 16 节电池电芯或 1kΩ 电阻分压器。
  • 可提供 85V 电压和 2A 电流的直流电源（最好具有恒流恒压能力）

2.2 软件安装

在 www.ti.com 上的 BQ41Z90 工具文件夹中找到最新的软件版本。按照以下步骤安装 BQ41Z90 Battery Management Studio 软件：

  1. 从 www.ti.com.cn 上 BQ41Z90EVM 产品文件夹的“开发工具”部分下载并运行 Battery Management Studio 安装程序。有关使用 Battery Management Studio 中工具的详细信息，请参阅 Battery Management Studio。

2.3 EVM 连接

本节将介绍 EVM 的硬件连接。请参阅图 2-1 和图 2-2。

BQ41Z90 BQ41Z90 电路模块与电芯和系统负载或充电器的连接，并联配置图 2-1 BQ41Z90 电路模块与电芯和系统负载或充电器的连接，并联配置

BQ41Z90 BQ41Z90 电路模块与电芯和系统负载或充电器的连接，串联配置

图 2-2 BQ41Z90 电路模块与电芯和系统负载或充电器的连接，串联配置

与电芯直接连接：1N (BAT–)、1P、2P、3P、4P、5P、6P、7P、8P、9P、10P、11P、12P、13P、14P、15P、16P (BAT+)。

如图 2-1 所示，连接电芯。需要采用特定的电芯连接序列，并在未使用的电压检测输入之间短接。请参阅图 2-3。


BQ41Z90 电芯连接配置

图 2-3 电芯连接配置
注： BQ41Z90 需要至少连接 3 节电芯才能正确配置。

可以使用电阻电芯模拟器替代电池电芯。在 J1、J8 和 J9 跳线的各触点间连接电阻。例如，按照图 2-3 中的连接，将电阻器放置在要连接电芯的位置，在其余端子插槽中进行外部短接，直至达到所需的插槽数量。电芯仿真器可通过电源供电。通常将电源设置为“所需电芯电压 x 电芯数”并将地线接至 1N，正极线接至 16P。例如，对于单节电芯电压为 3.6V 的 3 节电芯配置，电源设置为 10.8V（3 × 3.6 = 10.8V）。

  • 通信端口

    对于 SMB，将通信接口适配器电缆连接到 J11 以及 EV2400 上的 SMB 端口。

    对于 I2C，将通信接口适配器电缆连接到 J21 以及 EV2400 上的 I2C 端口。
  • PACK+ 和 PACK- 之间的系统负载和充电器连接

    对于并联配置，将正极负载线连接到标有 DPACK+ 的 J46 端子块。负载的接地线必须连接到标有 PACK– 的 J47 端子块。将充电器正极导线连接到标有 CPACK+ 的 J44 端子块。充电器的接地线必须连接到标有 PACK– 的 J47 端子块。请参阅图 2-1。

    对于串联配置，将正极负载线或充电器线连接到 J47 端子块的 PACK+ 端。将负载或充电器的接地线连接到 J47 端子块的 PACK- 端。请参阅图 2-2。
  • 系统状态引脚 (PRES/SHUTDN)

    开始执行充电或放电测试之前，将 J1 端子块上的 PRES/SHUTDN 引脚连接到 PACK–。当 Settings:Configuration:DA Configuration 寄存器中的不可拆卸 (NR) 位设置为 1 时，可将 PRES/SHUTDN 保持开路。要测试睡眠模式，请断开 PRES/SHUTDN 引脚。

  • 将器件从关断模式唤醒 (WAKE)

    按下“Wake”按钮开关，将 Bat+ 暂时连接到 Pack+。这会将电压施加到 BQ41Z90 上的 PACK 引脚，从而使稳压器上电并启动初始化序列。

  • 参数设置

    默认数据闪存设置会将器件配置为 3 节串联锂离子电芯。用户必须更改 Settings:Configuration:DA Configuration 寄存器，以设置串联电芯节数，从而匹配实际的电池包配置。这样便完成了基本设置。另外，还必须更新其他数据闪存参数，以对电池包的电量监测操作进行微调。如需有关设置这些参数的帮助，请参阅 BQ41Z90 技术参考手册。

2.3.1 跳线说明

  • J42 和 J33

    电池仿真器：为所需的串联电芯安装跳线。

    例如，在需要 3 节电芯配置时安装跳线。请参阅图 2-4。


BQ41Z90 电芯仿真器跳线连接

图 2-4 电芯仿真器跳线连接
  • J15、J17、J19、J20、J18 和 J16

    根据需要为热敏电阻安装这些跳线。

  • J30

    除非用户想要手动关闭 FET，否则 DFETOFF 和 CFETOFF 应保持悬空。

  • J35

    如果安装了 RST_SD 开关，请勿按住按钮超过 5 秒。此操作会导致器件永久锁定在初始装置。请参阅图 2-5。


BQ41Z90 RST_SD 按钮和跳线

图 2-5 RST_SD 按钮和跳线
  • J22

    在此处安装跳线意味着器件会不断唤醒，从而阻止进入关断模式。

  • J48

    启用次级保护器 (U14) 的输出。在 BMS081-E1 版本中，未在电路板上安装 U14。

  • J3、J4、J5、J6

    对于 SPI，按如下所示连接跳线。对于 SDK，请在下面的两个跳线中进行连接。请参阅图 2-6。


BQ41Z90 SPI 跳线连接

图 2-6 SPI 跳线连接
  • J43

    使用 J-link 时安装跳线。

  • J12 和 J13

    上面两个跳线用于 UART。下面两个跳线用于 J-link。

  • J29、J28、J24、J23

    I2C 上拉。如果使用 EV2400，则不需要这些跳线。EV2400 具有集成上拉电阻。

  • J2

    器件上电所需。使跳线保持已安装。此跳线对于测量功耗很有用。

  • J32

    刷写器件时请勿安装此跳线。

  • J26、J41、J39、J27、J34、J36、J31

    需要使用所有这些跳线来确定串联或并联 FET 配置。请参阅图 2-7 和图 2-8。


BQ41Z90 并联 FET 配置

图 2-7 并联 FET 配置

BQ41Z90 串联 FET 配置

图 2-8 串联 FET 配置
  • J45

    用于确定串联或并联 FET 配置。请参阅图 2-9 和图 2-10。


BQ41Z90 并联 FET 配置

图 2-9 并联 FET 配置

BQ41Z90 串联 FET 配置

图 2-10 串联 FET 配置
注： 在电路板版本 BMS081-E1 中，SDK 为 DNP。

2.4 更新固件

在初始装置上刷写固件。

  1. 下载并安装 BQstudio，BQstudio 在 Computers 目录中显示为 BatteryManagementStudio。
  2. 在 BatteryManagementStudio 文件夹内有一个名为“config”的文件夹。将“4190_0_01-bq41z90.bqz”文件放在 config 文件夹内。
  3. 将通信电缆连接到 EV2400 上的 SMBus 端口和 BQ41z90EVM 上的 J7。需要卸下 J28 和 J29 上的跳线。
  4. 启动 BQstudio，不会自动检测器件。通过选择电量监测计，然后选择 4190_0_01-bq41z90.bqz 并按下 Finish，强制打开4190_0_01-bq41z90.bqz。此时会出现警告，按“ok”。
  5. 转至 BQstudio 上的“Programming”选项卡，选择“bq41z90_v0_01_build_1.sig.enc.bq.fs”并按“program”。
  6. 现已使用 BQ41z90FW 对器件进行编程，下次打开 BQstudio 时，会自动检测到器件。

在 www.ti.com 上的相应 BQ41Z90 文件夹中找到最新的固件版本。按照以下步骤安装 BQ41Z90 Battery Management Studio 软件：

  1. 通过“Start > Programs > Texas Instruments > Battery Management Studio”菜单序列或 Battery Management Studio 快捷方式运行 Battery Management Studio。
  2. 按照“Programming”屏幕中的说明，选择从 www.ti.com 下载的固件 .bq.fs 文件，然后点击 Program 按钮。
  3. 编程完成后，EVM 便可与最新固件配合使用。

3 硬件

3.1 BQ41Z90 生产校准指南

请参阅 BQ41xxx 生产校准指南。

4 软件

4.1 Battery Management Studio

4.1.1 寄存器屏幕

通过“Start > Programs > Texas Instruments > Battery Management Studio”菜单序列或 Battery Management Studio 快捷方式运行 Battery Management Studio。此时将出现“Registers”屏幕（请参阅图 4-1）。“Registers”部分包含用于监测电量的参数。“Bit Registers”部分提供状态和故障寄存器的位级图。绿色标志表示该位为 0（低电平状态），红色标志表示该位为 1（高电平状态）。点击 Refresh（单次扫描）按钮时便会开始显示数据，而点击 Scan 按钮时则会连续进行扫描。


BQ41Z90 寄存器屏幕

图 4-1 寄存器屏幕

可使用“Window > Preferences > SBS > Scan Interval >”菜单选项设置连续扫描周期。

Battery Management Studio 程序提供了记录功能，可记录“Log”复选框（位于“Register”部分中每个参数旁边）选择的值。要启用此功能，请选择 Start Log 按钮，此时会选中 Scan 按钮。停止记录后，Scan 按钮仍处于选中状态，需要手动取消选择。

4.1.2 设置可编程 BQ41Z90 选项

BQ41Z90 数据闪存已根据 BQ41Z90 TRM 中详细说明的默认设置进行了配置。确保根据待评估设计的电池包和应用，正确修改相应设置。

注： 正确设置这些选项对于获得最佳性能至关重要。可以在“Data Memory”屏幕（请参阅图 4-2）中配置这些设置。

BQ41Z90 数据存储器屏幕

图 4-2 数据存储器屏幕

4.1.3 校准屏幕

必须校准电压、温度和电流以提供良好的监测性能。

按下 Calibration 按钮，选择“Advanced Calibration”窗口。请参阅图 4-3。

BQ41Z90 校准屏幕图 4-3 校准屏幕

4.1.3.1 电压校准

  1. 测量 Cell 1 与 1N 之间的电压并将该值输入“Applied Cell 1 Voltage”字段，然后选中“Calibrate Voltage”框。
  2. 测量 Bat+ 与 Bat– 之间的电压并将该值输入“Applied Battery Voltage”字段，然后选中“Calibrate Battery Voltage”框。
  3. 测量 Pack+ 与 Pack– 之间的电压并将该值输入“Applied Pack Voltage”字段，然后选中“Calibrate Pack Voltage”框。如果电压不存在，则通过在“Register”屏幕上的“Manufacturer Access”寄存器中输入 0x0022 命令来打开充电和放电 FET。
  4. 按下 Calibrate Gas Gauge 按钮以校准电压测量系统。
  5. 完成电压校准后，取消选择“Calibrate Voltage”框。

4.1.3.2 温度校准

  1. 在每个“Applied Temperature”字段中输入室温，然后为每个要校准的热敏电阻选中“Calibrate”框。输入的温度值必须以摄氏度为单位。
  2. 按下校准电量监测计 (Calibrate Gas Gauge) 按钮以校准温度测量系统。
  3. 完成温度校准后，取消选中“Calibrate”框。

4.1.3.3 电流校准

使用 BQ41Z90EVM 时并不需要进行“Board Offset”校准，因此 Battery Management Studio 中不提供“Board Offset”校准选项。

  1. 连接并测量来自 1N (–) 和 Pack– (+) 的 -2A 电流源，在不使用 FET 的情况下进行校准。（TI 不建议使用 FET 进行校准。）
  2. 在“Applied Current”字段中输入 -2000，然后选择“Calibrate Current”框。
  3. 按下 Calibrate Gas Gauge 按钮以执行校准。
  4. 完成电流校准后，取消选择“Calibrate Current”框。
注：

此外，也可以使用 FET 校准电流。测量放电路径中的电流，然后将该值输入“Applied Current”字段。

4.1.4 化学成分屏幕

化学成分文件包含仿真对电池和工作型材建模所用的参数。关键问题是将与电池匹配的化学成分 ID 编程到器件中。可以在 Battery Management Studio 中的“Data Memory”部分查看某些参数。

  1. 点击此处下载最新的 Chem Updater：GASGAUGECHEM-SW 设计工具 | TI.com 将所有 Chemdat 文件放入 BatteryManagementStudio 文件夹中的 Chemistry 文件夹。
  2. 按下 Chemistry 按钮，选择“Chemistry”窗口。
    BQ41Z90 化学成分屏幕图 4-4 化学成分屏幕
  3. 可点击所需列对表格进行排序，例如：点击“Chemistry ID”列标题。
  4. 选择与表格中所用电芯匹配的 ChemID（请参阅图 4-4）。
  5. 按下 Program Selected Chemistry 按钮以更新器件中的化学成分。
  6. 按 Program from GPCRB file 按钮，以对从 GPCRB 工具（低温优化工具）导出的 Chemdat 文件进行编程。
注： 要查找哪些 ChemID 支持 IT-DZT，请联系当地 TI 代表。
注： BQ41Z90 需要新的 ChemID，需要重新创建以前制作的 ChemID。

4.1.5 固件屏幕

按 Programming 按钮可以选中“Firmware Programming”窗口。此窗口允许用户导出和导入器件固件。


BQ41Z90 编程屏幕

图 4-5 编程屏幕

 
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