从零开始快速让电量计工作起来

只看该作者 · 2020-8-12 23:00

write by Mingmo Zhu

如果你第一次使用电量计不知道从何入手，如果你看到那么多寄存器参数不知道配置哪个，如果你面对电量计技术参考手册一两百页有点迷茫，那么这个文档或许可以帮到你。下面让我们一起从零开始，以最小配置快速让电量计正常工作起来。

第一步，准备好电量计硬件板子，对电量计供电。

可以用TI 提供的EVM评估板，也可以用自己项目带有电量计的板子。根据电池组串联节数不同，下面以最典型的单串电量计BQ27542EVM和多串电量计BQ40Z50EVM为例。一串多并的电池组按单串来对待，多串多并的电池组按多串来对待。

单串电量计供电，用单节电芯按正负极性连接到BQ27542EVM的Cell+, Cell-即可，或者用直流电压源设置输出电压3.6V来代替电芯，如图1所示。EVM的Cell+, Cell-端子对应单串电量计的BAT/REGIN, VSS引脚。这个时候测量BQ27542的REG25引脚如果输出2.5V则说明电量计已经供电正常了。有些电量计（比如BQ27546, BQ27Z561）有CE使能脚，需要把CE脚接到高电平（比如BAT+）才会使内部电路供电。

图1 BQ27542EVM连接图

多串电量计供电，用4个电芯按正负极性依次连接到BQ40Z50EVM的1N (BAT–), 1P, 2P, 3P, 4P (BAT+)即可，或者用4个电阻串联、设置直流电源输出电压14.4V、分压模拟4节电芯，如图2所示。EVM的1N (BAT–), 1P, 2P, 3P, 4P (BAT+)端子对应多串电量计的VSS, VC1, VC2, VC3, VC4/BAT引脚。同时需要把PRES端子短接到PACK-。

图2 BQ40Z50EVM连接图

如果项目需求不是4节电芯串联，则可根据下图3来短接不用的端子。BQ40Z50默认程序配置是3串，所以第一次调试时建议只连接3串电芯。

电池串数	1N(VSS) ~ 1P(VC1)	1P(VC1) ~ 2P(VC2)	2P(VC2) ~ 3P(VC3)	3P(VC3) ~ 4P(VC4)
1	连接第1节电芯	短接	短接	短接
2	连接第1节电芯	连接第2节电芯	短接	短接
3	连接第1节电芯	连接第2节电芯	连接第3节电芯	短接
4	连接第1节电芯	连接第2节电芯	连接第3节电芯	连接第4节电芯

图3 多串电量计不同串数连接方式

由于BQ40Z50这些电量计带有充电管和放电管控制电路，刚上电时处于Shutdown模式，需要Wakeup激活。激活方法是在PACK引脚加一个3V以上的电压即可。EVM上给了最简单的激活方法，用一个wake按钮把PACK+与BAT+短接一下，把电池电压加到PACK引脚来激活。

第二步，连接通信盒。

根据电量计所用的通信协议连接到通信盒EV2300或EV2400的对应的协议口。比如BQ27542, BQ27546, BQ27Z561, BQ28Z610等用I2C接口，BQ40Z50等用SMBUS接口。EV2300/EV2400的SMBUS接口都自带上拉电平，无需电量计板子加上拉。EV2400的I2C接口也自带上拉，但EV2300的I2C接口没有自带上拉，所以用EV2300的I2C时要注意电量计板子上加上拉。

EV2300在接入64位电脑系统时要单独装驱动，请参考TI E2E话题EV2300 64-bit drivers available for download，点击链接下载驱动。

EV2400在接入电脑时会自动装驱动。EV2400兼容性更广。比如BQ27Z561只能用EV2400，不能用EV2300。所以建议用EV2400。

第三步，打开上位机软件进行通信及参数配置。

如果还没有安装上位机软件bqStudio，请先登录myTI，点击Battery Management Studio (bqStudio) Software Suite选最新的版本下载及安装。安装完成后按图1或图2连接板子、通信盒、电脑，然后运行bqStudio。

首先，检查通信已连上。在bqStudio左边的仪表盘Dashboard上，如图4所示，USB图标能够显示EV2300或EV2400即说明通信盒已识别，否则请回到第二步检查通信盒；芯片图标能够正确显示电量计名字即说明电量计通信已建立，否则请回到第一步检查电量计板子。

图4-1 通信未连接

图4-2 BQ27542通信

图4-3 BQ40Z50通信

图4 检查通信已连通

然后，在Data Memory页面配置参数。点击Read All把电量计参数读出来，如果读回是全0或提示无法访问的错误，则电量计可能已加锁，需要先对它解锁才可以继续读写参数。解锁方法是先点击右边Commands的Unseal 命令，等它完成后再点击Full Access Unseal命令。

不同电量计其参数各有不同，BQ27542有253个参数、BQ40Z50-R2有769个参数，我们在这里按最小配置，设定最基本、最必需的参数，以便使电量计正常工作。至于其他参数请参考文末技术参考手册TRM来慢慢配置。

Charge Voltage 单节电芯充电电压，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 判断充满的电流条件，要设置高于充电器截止电流，比如：

BQ27542-G1 >> "Configuration","Charge Termination","Taper Current"

BQ40Z50-R2 >> "Advanced Charge Algorithm","Termination Config","Charge Term Taper Current"

Taper Voltage 判断充满的电压条件，一般设置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系统关机电压，也是RSOC 0%相对电压。RSOC是相对的概念，RSOC=0%是说电池电压降到Terminate Voltage了，而不是电芯的过放保护电压点，也不是电芯能放电的最低电压。比如：

BQ27542-G1 >> "Gas Gauging","IT Cfg","Terminate Voltage"

BQ40Z50-R2 >> "Gas Gauging","IT Cfg","Term Voltage" 多串电池以总电压算，若要以单节电压算则填写"Gas Gauging","IT Cfg","Term Min Cell V"

Design Capacity电池标称容量，比如：

BQ27542-G1 >> "Configuration","Data","Design Capacity"

BQ40Z50-R2 >> "Gas Gauging","Design","Design Capacity mAh"

Design Energy 电池标称能量，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判断是否处于放电的电流阈值，一般低于系统最小负载电流，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判断是否处于充电的电流阈值，一般低于最小充电电流，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 判断是否处于静置的电流阈值，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，校准电压、电流、温度。

如果看到电压、温度、电流测量不准，那么请点击bqStudio的Calibration校准页面进行校准。

电压校准在电压稳定、无负载的情况下进行。单串电量计只需要测量PACK+, PACK-填写到Applied Voltage，然后勾选Calibrate Voltage选项，点击Calibrate按钮即可。多串电量计需要测量第一节电压(VC1)、最高节正极对地电压(VC4)、端口PACK+对地电压(PACK)，分别填写到Applied Cell1 Voltage, Applied Battery Voltage, Applied Pack Voltage，然后勾选旁边的Calibrate Voltage选项，点击Calibrate按钮即可。
温度校准在温度稳定的情况下进行。填写实际温度，勾选Calibrate External Temperature点击Calibrate按钮即可。
电流校准分为空载校准和带载校准。空载校准即零电流校准，不接负载、无电流时点击Board Offset和CC Offset。有些电量计出厂前已经做好零电流优化，在使用中不需要手动进行零电流校准，比如BQ40Z50，但是在做带载校准之前先把"Calibration","Current Offset","CC Auto Config"参数配置为"03"。带载校准一般是放电1A或2A，填写Applied Current，然后点击Calibrate按钮即可。

图5-1 BQ27542校准页面图5-2 BQ40Z50校准页面

图5校准电压、电流、温度

第五步，使能电量计。

在bqStudio的Commands页面点击使能电量计算法的命令（BQ27542的使能命令是IT_ENABLE，BQ40Z50的使能命令是GAUGE_EN）即可让电量计正式运行计算电量。对于多串电量计BQ40Z50，仍需要置位Operating Status [PRES]旗标、使能充放电管控制命令(FET_EN)才能够打开充放电管。GAUGE_EN和FET_EN命令具有翻转特性，点击一次置1，再点击一次清0，所以要看IT Status [QEN]或Manufacturing Status [GAUGE_EN][FET_EN]是否为1，红色代表1，绿色代表0。如图6和图7所示。

图6 BQ27542 正常通信画面

图7 BQ40Z50正常通信画面

到这里，电压、电流、温度、电量RSOC等信息都正常显示了，充放电都可正常进行了。你已经成功地让电量计工作起来啦！

最后，如何你准备继续深入掌握电量计并充分发挥其性能以帮助你的产品，那你可以开始阅读电量计规格书(datasheet)以掌握电量计电气特性和应用电路设计，阅读技术参考手册(Technical Reference Manual, TRM)以掌握电量计各个功能和各个参数，阅读评估板使用手册(EVM user guide)以了解整个调试流程，阅读TI 阻抗跟踪电量计化学 ID 获取方法来做电量ID，做量产文件生产了。