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

在電池管理系統的設計與開發中，一款優秀的評估板能為工程師們提供極大的便利。今天，我們就來深入了解一下NXP的RDI7018C3T1評估板，它搭載了BMI7018電池單元控制器集成電路，為電池管理應用的開發提供了強大的支持。

文件下載：NXP Semiconductors RDI7018C3T1 參考設計.pdf

一、評估板概述

RDI7018C3T1評估板是NXP推出的一款硬件評估工具，主要用于支持BMI7018設備。該評估板上集成了三個BMI7018電池單元控制器IC，BMI7018是一款專門用于監測多達18個鋰離子電池單元的控制器，適用于工業應用。它能夠對差分電池單元電壓進行模數轉換，還具備溫度測量功能，并可通過I2C總線與其他設備進行通信。

三、準備工作

3.1 套件內容

• 評估板/模塊：已組裝并測試，放置在防靜電袋中。
• 電池單元終端電纜：共三根。
• 傳輸協議鏈路（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4 - 18節的電池組或電池模擬器，如BATT - 18EMULATOR。
• TPL通信系統：評估設置包括FRDM665SPIEVB（用于MC33665A的評估板）和S32K3X4EVB - T172（S32K3 MCU），同時還提供了EvalGUI軟件。

四、硬件剖析

4.1 套件概覽

RDI7018C3T1評估板不僅能實現對電池單元電壓和溫度的監測，還能通過板載的FXPS7250A4ST1壓力傳感器測量電池模塊的壓力。它先使用TEA1721AT/N1,118反激式控制器將電池模塊電壓轉換為12V，再將12V轉換為5V為壓力傳感器供電。在通信方面，板外通信采用電感隔離，板內通信則通過電容實現電隔離。

4.2 評估板特性

• 參考設計：采用三個BMI7018，展示了優化的物料清單（BOM）。
• 通信隔離：板內通信采用電容隔離，基于NXP為BMI7018設計的核心布局，該布局經過了內部電磁兼容性（EMC）和熱插拔測試。
• 電路板設計：四層電路板，所有組件僅安裝在頂層。
• ESD保護：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的信號也使用0805封裝。
• 電池單元平衡：每個平衡通道使用三個1206表面貼裝器件（SMD）電阻，用于單個電池單元電壓平衡。
• 溫度輸入：提供八個外部熱敏電阻輸入。
• 壓力傳感器：板載高性能、高精度的絕對壓力傳感器。
• EEPROM占位：預留了I2C總線EEPROM的位置。

4.3 壓力傳感器電源電路

評估板通過FXPS7250A4ST1壓力傳感器測量電池模塊的壓力。其電源電路先將電池模塊電壓轉換為12V，再轉換為5V為壓力傳感器供電。當使用18節電池模擬器板BATT - 18EMULATOR時，該板通過5V電源為RDI7018C3T1供電。若將電池模擬器板替換為54節串聯的LFP電池模塊，評估板上的標稱電池模塊電壓將變為約173V，此時需要將R168（20kΩ）電阻替換為10kΩ 0603電阻，以確保金屬 - 氧化物 - 半導體場效應晶體管（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是評估板的核心組件，它具備多種功能，能夠全面監測電池的特性：

• 電池單元電壓測量：可測量4 - 18個電池單元，支持母線電壓測量，具有16位分辨率和±1mV的典型測量精度，以及136μs的同步性，還集成了可配置的數字濾波器。
• 溫度和輔助電壓測量：提供一個用于絕對測量的模擬輸入和八個可配置為絕對或比例測量的模擬輸入，輸入范圍為5V，具有16位分辨率和±5mV的典型測量精度，同樣集成了可配置的數字濾波器。
• 模塊電壓測量：輸入范圍為9.6V - 90V，具有16位分辨率和0.3%的測量精度，集成可配置數字濾波器。
• 內部測量：包含兩個冗余的內部溫度傳感器，可測量電源電壓和外部晶體管電流。
• 電池單元電壓平衡：具備18個內部平衡場效應晶體管（FET），每個通道平均電流可達150mA，支持所有通道的同時被動平衡，具有多種平衡控制方式，如全局和個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，可控制外部設備，如EEPROM和安全IC；具備可配置的報警輸出；支持循環喚醒功能，可在睡眠和平衡期間監控電池組；在故障事件時可通過菊花鏈喚醒主機MCU；主機接口支持串行外設接口（SPI）或變壓器物理層3（TPL3），TPL3接口數據速率為2Mbit，SPI接口數據速率為4Mbit。
• 操作模式：包括主動模式（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：模擬絕對壓力傳感器

該傳感器用于監測電池模塊的壓力，具有以下特性：

• 壓力范圍：絕對壓力范圍為20kPa - 250kPa。
• 溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40°C - +130°C。
• 輸出信號：提供模擬輸出，用于監測絕對壓力信號。
• 內部結構：包含壓力傳感器和數字信號處理器（DSP），具備內部自測試功能，采用電容 - 電壓轉換器和抗混疊濾波器，以及Sigma - delta模數轉換器（ADC）和sinc濾波器，還提供800Hz或1000Hz的絕對壓力低通濾波器。
• 封裝形式：采用無鉛16引腳HQFN封裝，尺寸為4mm x 4mm x 1.98mm。

4.5 連接器

評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應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的評估板，MC33665A是一款網關路由器，可將TPL消息從MCU路由到四個不同的TPL端口，適用于汽車和工業應用。該評估板的板載TPL接口為四個TPL端口提供了變壓器隔離，是MC33665A與MCU進行SPI接口快速原型設計的理想選擇。

4.7.2 S32K3X4EVB - T172

為FRDM665SPIEVB提供控制信號。

五、硬件配置

5.1 電池模擬器連接

NXP提供的18節電池模擬器板BATT - 18EMULATOR可通過連接器J1_1、J1_2和J1_3以及提供的供電電纜與RDI7018C3T1評估板連接，方便工程師改變模擬電池組中任意18個電池單元的電壓。

5.2 TPL通信連接

在高壓隔離應用的菊花鏈配置中，最多可連接21個RDI7018C3T1評估板。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

RDI7018C3T1評估板憑借其強大的功能和豐富的特性，為電池管理系統的開發提供了一個優秀的平臺。無論是電池單元的監測、平衡，還是電池模塊壓力的測量，都能通過該評估板輕松實現。同時，其配套的附件板和詳細的文檔資源，也為工程師們的開發工作提供了極大的便利。在實際應用中，工程師們可以根據具體需求，合理配置硬件，充分發揮評估板的性能。你在使用類似評估板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。