探索RDI7018C3T1：搭載BMI7018電池單元控制器集成電路的評(píng)估板

在電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中，一款優(yōu)秀的評(píng)估板能為工程師們提供極大的便利。今天，我們就來(lái)深入了解一下NXP的RDI7018C3T1評(píng)估板，它搭載了BMI7018電池單元控制器集成電路，為電池管理應(yīng)用的開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)大的支持。

文件下載：NXP Semiconductors RDI7018C3T1 參考設(shè)計(jì).pdf

一、評(píng)估板概述

RDI7018C3T1評(píng)估板是NXP推出的一款硬件評(píng)估工具，主要用于支持BMI7018設(shè)備。該評(píng)估板上集成了三個(gè)BMI7018電池單元控制器IC，BMI7018是一款專門用于監(jiān)測(cè)多達(dá)18個(gè)鋰離子電池單元的控制器，適用于工業(yè)應(yīng)用。它能夠?qū)Σ罘蛛姵貑卧妷哼M(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，還具備溫度測(cè)量功能，并可通過(guò)I2C總線與其他設(shè)備進(jìn)行通信。

三、準(zhǔn)備工作

3.1 套件內(nèi)容

• 評(píng)估板/模塊：已組裝并測(cè)試，放置在防靜電袋中。
• 電池單元終端電纜：共三根。
• 傳輸協(xié)議鏈路（TPL）通信電纜：一根。

3.2 額外硬件

• 電池組或電池模擬器：需要一個(gè)4 - 18節(jié)的電池組或電池模擬器，如BATT - 18EMULATOR。
• TPL通信系統(tǒng)：評(píng)估設(shè)置包括FRDM665SPIEVB（用于MC33665A的評(píng)估板）和S32K3X4EVB - T172（S32K3 MCU），同時(shí)還提供了EvalGUI軟件。

四、硬件剖析

4.1 套件概覽

RDI7018C3T1評(píng)估板不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)電池單元電壓和溫度的監(jiān)測(cè)，還能通過(guò)板載的FXPS7250A4ST1壓力傳感器測(cè)量電池模塊的壓力。它先使用TEA1721AT/N1,118反激式控制器將電池模塊電壓轉(zhuǎn)換為12V，再將12V轉(zhuǎn)換為5V為壓力傳感器供電。在通信方面，板外通信采用電感隔離，板內(nèi)通信則通過(guò)電容實(shí)現(xiàn)電隔離。

4.2 評(píng)估板特性

• 參考設(shè)計(jì)：采用三個(gè)BMI7018，展示了優(yōu)化的物料清單（BOM）。
• 通信隔離：板內(nèi)通信采用電容隔離，基于NXP為BMI7018設(shè)計(jì)的核心布局，該布局經(jīng)過(guò)了內(nèi)部電磁兼容性（EMC）和熱插拔測(cè)試。
• 電路板設(shè)計(jì)：四層電路板，所有組件僅安裝在頂層。
• ESD保護(hù)：電池單元靜電放電（ESD）電容器采用0805封裝，所有電壓高于約25V的信號(hào)也使用0805封裝。
• 電池單元平衡：每個(gè)平衡通道使用三個(gè)1206表面貼裝器件（SMD）電阻，用于單個(gè)電池單元電壓平衡。
• 溫度輸入：提供八個(gè)外部熱敏電阻輸入。
• 壓力傳感器：板載高性能、高精度的絕對(duì)壓力傳感器。
• EEPROM占位：預(yù)留了I2C總線EEPROM的位置。

4.3 壓力傳感器電源電路

評(píng)估板通過(guò)FXPS7250A4ST1壓力傳感器測(cè)量電池模塊的壓力。其電源電路先將電池模塊電壓轉(zhuǎn)換為12V，再轉(zhuǎn)換為5V為壓力傳感器供電。當(dāng)使用18節(jié)電池模擬器板BATT - 18EMULATOR時(shí)，該板通過(guò)5V電源為RDI7018C3T1供電。若將電池模擬器板替換為54節(jié)串聯(lián)的LFP電池模塊，評(píng)估板上的標(biāo)稱電池模塊電壓將變?yōu)榧s173V，此時(shí)需要將R168（20kΩ）電阻替換為10kΩ 0603電阻，以確保金屬 - 氧化物 - 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）正常工作。

4.4 主要組件

4.4.1 BMI7018：18通道鋰離子電池單元控制器IC

BMI7018是評(píng)估板的核心組件，它具備多種功能，能夠全面監(jiān)測(cè)電池的特性：

• 電池單元電壓測(cè)量：可測(cè)量4 - 18個(gè)電池單元，支持母線電壓測(cè)量，具有16位分辨率和±1mV的典型測(cè)量精度，以及136μs的同步性，還集成了可配置的數(shù)字濾波器。
• 溫度和輔助電壓測(cè)量：提供一個(gè)用于絕對(duì)測(cè)量的模擬輸入和八個(gè)可配置為絕對(duì)或比例測(cè)量的模擬輸入，輸入范圍為5V，具有16位分辨率和±5mV的典型測(cè)量精度，同樣集成了可配置的數(shù)字濾波器。
• 模塊電壓測(cè)量：輸入范圍為9.6V - 90V，具有16位分辨率和0.3%的測(cè)量精度，集成可配置數(shù)字濾波器。
• 內(nèi)部測(cè)量：包含兩個(gè)冗余的內(nèi)部溫度傳感器，可測(cè)量電源電壓和外部晶體管電流。
• 電池單元電壓平衡：具備18個(gè)內(nèi)部平衡場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET），每個(gè)通道平均電流可達(dá)150mA，支持所有通道的同時(shí)被動(dòng)平衡，具有多種平衡控制方式，如全局和個(gè)體欠壓閾值的電壓控制平衡、溫度控制平衡等。
• 通信接口：支持I2C總線主接口，可控制外部設(shè)備，如EEPROM和安全I(xiàn)C；具備可配置的報(bào)警輸出；支持循環(huán)喚醒功能，可在睡眠和平衡期間監(jiān)控電池組；在故障事件時(shí)可通過(guò)菊花鏈喚醒主機(jī)MCU；主機(jī)接口支持串行外設(shè)接口（SPI）或變壓器物理層3（TPL3），TPL3接口數(shù)據(jù)速率為2Mbit，SPI接口數(shù)據(jù)速率為4Mbit。
• 操作模式：包括主動(dòng)模式（典型電流12mA）、睡眠模式（典型電流60μA）和深度睡眠模式（典型電流15μA）。

4.4.2 FXPS7250A4ST1：模擬絕對(duì)壓力傳感器

該傳感器用于監(jiān)測(cè)電池模塊的壓力，具有以下特性：

• 壓力范圍：絕對(duì)壓力范圍為20kPa - 250kPa。
• 溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40°C - +130°C。
• 輸出信號(hào)：提供模擬輸出，用于監(jiān)測(cè)絕對(duì)壓力信號(hào)。
• 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：包含壓力傳感器和數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），具備內(nèi)部自測(cè)試功能，采用電容 - 電壓轉(zhuǎn)換器和抗混疊濾波器，以及Sigma - delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和sinc濾波器，還提供800Hz或1000Hz的絕對(duì)壓力低通濾波器。
• 封裝形式：采用無(wú)鉛16引腳HQFN封裝，尺寸為4mm x 4mm x 1.98mm。

4.5 連接器

評(píng)估板上的連接器包括電池單元連接器（J1_1、J1_2和J1_3）、NTC連接器（J3_X、J4_X、J5_X、J6_X）和TPL連接器（J2_1和J2_3），不同連接器具有不同的類型和對(duì)應(yīng)的匹配連接器及壓接參考。

4.6 原理圖、電路板布局和物料清單

RDI7018C3T1評(píng)估板的原理圖、電路板布局和物料清單可在http://www.nxp.com/RDI7018C3T1 上獲取。

4.7 附件板

4.7.1 FRDM665SPIEVB

這是一款用于MC33665A的評(píng)估板，MC33665A是一款網(wǎng)關(guān)路由器，可將TPL消息從MCU路由到四個(gè)不同的TPL端口，適用于汽車和工業(yè)應(yīng)用。該評(píng)估板的板載TPL接口為四個(gè)TPL端口提供了變壓器隔離，是MC33665A與MCU進(jìn)行SPI接口快速原型設(shè)計(jì)的理想選擇。

4.7.2 S32K3X4EVB - T172

為FRDM665SPIEVB提供控制信號(hào)。

五、硬件配置

5.1 電池模擬器連接

NXP提供的18節(jié)電池模擬器板BATT - 18EMULATOR可通過(guò)連接器J1_1、J1_2和J1_3以及提供的供電電纜與RDI7018C3T1評(píng)估板連接，方便工程師改變模擬電池組中任意18個(gè)電池單元的電壓。

5.2 TPL通信連接

在高壓隔離應(yīng)用的菊花鏈配置中，最多可連接21個(gè)RDI7018C3T1評(píng)估板。TPL連接使用FRDM665SPIEVB的COMM連接器J1和J2以及RDI7018C3T1的J2_1和J2_3。

六、總結(jié)

RDI7018C3T1評(píng)估板憑借其強(qiáng)大的功能和豐富的特性，為電池管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)優(yōu)秀的平臺(tái)。無(wú)論是電池單元的監(jiān)測(cè)、平衡，還是電池模塊壓力的測(cè)量，都能通過(guò)該評(píng)估板輕松實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，其配套的附件板和詳細(xì)的文檔資源，也為工程師們的開(kāi)發(fā)工作提供了極大的便利。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)具體需求，合理配置硬件，充分發(fā)揮評(píng)估板的性能。你在使用類似評(píng)估板的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。