以最小配置快速讓電量計(jì)正常工作起來

作者：Mingmo Zhu

如果你第一次使用電量計(jì)不知道從何入手，如果你看到那么多寄存器參數(shù)不知道配置哪個(gè)，如果你面對電量計(jì)技術(shù)參考手冊一兩百頁有點(diǎn)迷茫，那么這個(gè)文檔或許可以幫到你。下面讓我們一起從零開始，以最小配置快速讓電量計(jì)正常工作起來。

第一步，準(zhǔn)備好電量計(jì)硬件板子，對電量計(jì)供電。

可以用TI 提供的EVM評估板，也可以用自己項(xiàng)目帶有電量計(jì)的板子。根據(jù)電池組串聯(lián)節(jié)數(shù)不同，下面以最典型的單串電量計(jì)BQ27542EVM和多串電量計(jì)BQ40Z50EVM為例。一串多并的電池組按單串來對待，多串多并的電池組按多串來對待。

單串電量計(jì)供電，用單節(jié)電芯按正負(fù)極性連接到BQ27542EVM的Cell+， Cell-即可，或者用直流電壓源設(shè)置輸出電壓3.6V來代替電芯，如圖1所示。EVM的Cell+， Cell-端子對應(yīng)單串電量計(jì)的BAT/REGIN， VSS引腳。這個(gè)時(shí)候測量BQ27542的REG25引腳如果輸出2.5V則說明電量計(jì)已經(jīng)供電正常了。有些電量計(jì)（比如BQ27546， BQ27Z561）有CE使能腳，需要把CE腳接到高電平（比如BAT+）才會使內(nèi)部電路供電。

多串電量計(jì)供電，用4個(gè)電芯按正負(fù)極性依次連接到BQ40Z50EVM的1N （BAT–）， 1P， 2P， 3P， 4P （BAT+）即可，或者用4個(gè)電阻串聯(lián)、設(shè)置直流電源輸出電壓14.4V、分壓模擬4節(jié)電芯，如圖2所示。EVM的1N （BAT–）， 1P， 2P， 3P， 4P （BAT+）端子對應(yīng)多串電量計(jì)的VSS， VC1， VC2， VC3， VC4/BAT引腳。同時(shí)需要把PRES端子短接到PACK-。

如果項(xiàng)目需求不是4節(jié)電芯串聯(lián)，則可根據(jù)下圖3來短接不用的端子。BQ40Z50默認(rèn)程序配置是3串，所以第一次調(diào)試時(shí)建議只連接3串電芯。

電池串?dāng)?shù)1N（VSS） ~ 1P（VC1）1P（VC1） ~ 2P（VC2）2P（VC2） ~ 3P（VC3）3P（VC3） ~ 4P（VC4）

1連接第1節(jié)電芯短接短接短接

2連接第1節(jié)電芯連接第2節(jié)電芯短接短接

3連接第1節(jié)電芯連接第2節(jié)電芯連接第3節(jié)電芯短接

4連接第1節(jié)電芯連接第2節(jié)電芯連接第3節(jié)電芯連接第4節(jié)電芯

圖3 多串電量計(jì)不同串?dāng)?shù)連接方式

由于BQ40Z50這些電量計(jì)帶有充電管和放電管控制電路，剛上電時(shí)處于Shutdown模式，需要Wakeup激活。激活方法是在PACK引腳加一個(gè)3V以上的電壓即可。EVM上給了最簡單的激活方法，用一個(gè)wake按鈕把PACK+與BAT+短接一下，把電池電壓加到PACK引腳來激活。

第二步，連接通信盒。

根據(jù)電量計(jì)所用的通信協(xié)議連接到通信盒EV2300或EV2400的對應(yīng)的協(xié)議口。比如BQ27542， BQ27546， BQ27Z561， BQ28Z610等用I2C接口，BQ40Z50等用SMBUS接口。EV2300/EV2400的SMBUS接口都自帶上拉電平，無需電量計(jì)板子加上拉。EV2400的I2C接口也自帶上拉，但EV2300的I2C接口沒有自帶上拉，所以用EV2300的I2C時(shí)要注意電量計(jì)板子上加上拉。

EV2300在接入64位電腦系統(tǒng)時(shí)要單獨(dú)裝驅(qū)動(dòng)，請參考TI E2E話題EV2300 64-bit drivers available for download，點(diǎn)擊鏈接下載驅(qū)動(dòng)。

EV2400在接入電腦時(shí)會自動(dòng)裝驅(qū)動(dòng)。EV2400兼容性更廣。比如BQ27Z561只能用EV2400，不能用EV2300。所以建議用EV2400。

第三步，打開上位機(jī)軟件進(jìn)行通信及參數(shù)配置。

如果還沒有安裝上位機(jī)軟件bqStudio，請先登錄myTI，點(diǎn)擊Battery Management Studio （bqStudio） Software Suite選最新的版本下載及安裝。安裝完成后按圖1或圖2連接板子、通信盒、電腦，然后運(yùn)行bqStudio。

首先，檢查通信已連上。在bqStudio左邊的儀表盤Dashboard上，如圖4所示，USB圖標(biāo)能夠顯示EV2300或EV2400即說明通信盒已識別，否則請回到第二步檢查通信盒；芯片圖標(biāo)能夠正確顯示電量計(jì)名字即說明電量計(jì)通信已建立，否則請回到第一步檢查電量計(jì)板子。

圖4-1 通信未連接圖4-2 BQ27542通信圖4-3 BQ40Z50通信

圖4 檢查通信已連通

然后，在Data Memory頁面配置參數(shù)。點(diǎn)擊Read All把電量計(jì)參數(shù)讀出來，如果讀回是全0或提示無法訪問的錯(cuò)誤，則電量計(jì)可能已加鎖，需要先對它解鎖才可以繼續(xù)讀寫參數(shù)。解鎖方法是先點(diǎn)擊右邊Commands的Unseal 命令，等它完成后再點(diǎn)擊Full Access Unseal命令。

不同電量計(jì)其參數(shù)各有不同，BQ27542有253個(gè)參數(shù)、BQ40Z50-R2有769個(gè)參數(shù)，我們在這里按最小配置，設(shè)定最基本、最必需的參數(shù)，以便使電量計(jì)正常工作。至于其他參數(shù)請參考文末技術(shù)參考手冊TRM來慢慢配置。

Charge Voltage 單節(jié)電芯充電電壓，比如：

BQ27542-G1 》》 “Configuration”，“Charge”，“Charging Voltage”，

BQ40Z50-R2 》》 “Advanced Charge Algorithm”，“Standard Temp Low Charging”，“Voltage”，

BQ40Z50-R2 》》 “Advanced Charge Algorithm”，“Standard Temp High Charging”，“Voltage”，

BQ40Z50-R2 》》 “Advanced Charge Algorithm”，“Rec Temp Charging”，“Voltage”

Taper Current 判斷充滿的電流條件，要設(shè)置高于充電器截止電流，比如：

BQ27542-G1 》》 “Configuration”，“Charge Termination”，“Taper Current”

BQ40Z50-R2 》》 “Advanced Charge Algorithm”，“Termination Config”，“Charge Term Taper Current”

Taper Voltage 判斷充滿的電壓條件，一般設(shè)置50~100mV即可，比如：

BQ27542-G1 》》 “Configuration”，“Charge Termination”，“Taper Voltage”

BQ40Z50-R2 》》 “Advanced Charge Algorithm”，“Termination Config”，“Charge Term Voltage”

Terminate Voltage系統(tǒng)關(guān)機(jī)電壓，也是RSOC 0%相對電壓。RSOC是相對的概念，RSOC=0%是說電池電壓降到Terminate Voltage了，而不是電芯的過放保護(hù)電壓點(diǎn)，也不是電芯能放電的最低電壓。比如：

BQ27542-G1 》》 “Gas Gauging”，“IT Cfg”，“Terminate Voltage”

BQ40Z50-R2 》》 “Gas Gauging”，“IT Cfg”，“Term Voltage” 多串電池以總電壓算，若要以單節(jié)電壓算則填寫“Gas Gauging”，“IT Cfg”，“Term Min Cell V”

Design Capacity電池標(biāo)稱容量，比如：

BQ27542-G1 》》 “Configuration”，“Data”，“Design Capacity”

BQ40Z50-R2 》》 “Gas Gauging”，“Design”，“Design Capacity mAh”

Design Energy 電池標(biāo)稱能量，Design Energy=Design Capacity x Design Voltage，比如：

BQ27542-G1 》》 “Configuration”，“Data”，“Design Energy”

BQ40Z50-R2 》》 “Gas Gauging”，“Design”，“Design Capacity cWh” 注意1cWh=10mWh

Dsg Current Threshold判斷是否處于放電的電流閾值，一般低于系統(tǒng)最小負(fù)載電流，但要高于Quit Current，比如：

BQ27542-G1 》》 “Gas Gauging”，“Current Thresholds”，“Dsg Current Threshold”

BQ40Z50-R2 》》 “Gas Gauging”，“Current Thresholds”，“Dsg Current Threshold”

Chg Current Threshold判斷是否處于充電的電流閾值，一般低于最小充電電流，但要高于Quit Current，比如：

BQ27542-G1 》》 “Gas Gauging”，“Current Thresholds”，“Chg Current Threshold”

BQ40Z50-R2 》》 “Gas Gauging”，“Current Thresholds”，“Chg Current Threshold”

Quit Current 判斷是否處于靜置的電流閾值，一般小于0.05C，比如：

BQ27542-G1 》》 “Gas Gauging”，“Current Thresholds”，“Quit Current”

BQ40Z50-R2 》》 “Gas Gauging”，“Current Thresholds”，“Quit Current”

第四步，校準(zhǔn)電壓、電流、溫度。

如果看到電壓、溫度、電流測量不準(zhǔn)，那么請點(diǎn)擊bqStudio的Calibration校準(zhǔn)頁面進(jìn)行校準(zhǔn)。

電壓校準(zhǔn)在電壓穩(wěn)定、無負(fù)載的情況下進(jìn)行。單串電量計(jì)只需要測量PACK+， PACK-填寫到Applied Voltage，然后勾選Calibrate Voltage選項(xiàng)，點(diǎn)擊Calibrate按鈕即可。多串電量計(jì)需要測量第一節(jié)電壓（VC1）、最高節(jié)正極對地電壓（VC4）、端口PACK+對地電壓（PACK），分別填寫到Applied Cell1 Voltage， Applied Battery Voltage， Applied Pack Voltage，然后勾選旁邊的Calibrate Voltage選項(xiàng)，點(diǎn)擊Calibrate按鈕即可。

溫度校準(zhǔn)在溫度穩(wěn)定的情況下進(jìn)行。填寫實(shí)際溫度，勾選Calibrate External Temperature點(diǎn)擊Calibrate按鈕即可。

電流校準(zhǔn)分為空載校準(zhǔn)和帶載校準(zhǔn)?？蛰d校準(zhǔn)即零電流校準(zhǔn)，不接負(fù)載、無電流時(shí)點(diǎn)擊Board Offset和CC Offset。有些電量計(jì)出廠前已經(jīng)做好零電流優(yōu)化，在使用中不需要手動(dòng)進(jìn)行零電流校準(zhǔn)，比如BQ40Z50，但是在做帶載校準(zhǔn)之前先把“Calibration”，“Current Offset”，“CC Auto Config”參數(shù)配置為“03”。帶載校準(zhǔn)一般是放電1A或2A，填寫Applied Current，然后點(diǎn)擊Calibrate按鈕即可。

第五步，使能電量計(jì)。

在bqStudio的Commands頁面點(diǎn)擊使能電量計(jì)算法的命令（BQ27542的使能命令是IT_ENABLE，BQ40Z50的使能命令是GAUGE_EN）即可讓電量計(jì)正式運(yùn)行計(jì)算電量。對于多串電量計(jì)BQ40Z50，仍需要置位Operating Status ［PRES］旗標(biāo)、使能充放電管控制命令（FET_EN）才能夠打開充放電管。GAUGE_EN和FET_EN命令具有翻轉(zhuǎn)特性，點(diǎn)擊一次置1，再點(diǎn)擊一次清0，所以要看IT Status ［QEN］或Manufacturing Status ［GAUGE_EN］［FET_EN］是否為1，紅色代表1，綠色代表0。如圖6和圖7所示。

到這里，電壓、電流、溫度、電量RSOC等信息都正常顯示了，充放電都可正常進(jìn)行了。你已經(jīng)成功地讓電量計(jì)工作起來啦！

最后，如何你準(zhǔn)備繼續(xù)深入掌握電量計(jì)并充分發(fā)揮其性能以幫助你的產(chǎn)品，那你可以開始閱讀電量計(jì)規(guī)格書（datasheet）以掌握電量計(jì)電氣特性和應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，閱讀技術(shù)參考手冊（Technical Reference Manual， TRM）以掌握電量計(jì)各個(gè)功能和各個(gè)參數(shù)，閱讀評估板使用手冊（EVM user guide）以了解整個(gè)調(diào)試流程，閱讀TI 阻抗跟蹤電量計(jì)化學(xué) ID 獲取方法來做電量ID，做量產(chǎn)文件生產(chǎn)了。