一“芯”俱全，开启智慧能源管理新时代 —— 瑞萨R-BMS F解决方案评测

随着科技的进步，无人机、扫地机器人、电动自行车等智能化设备在人们生活中越来越多，他们给人们的生活带来了极大的便利。锂电池组作为这类设备的动力来源，正广泛地被使用。而如何在保障安全的前提下对锂电池组进行简单、高效的管理，防止锂电池过充、过流、过热，还可以根据环境情况准确估计当前电量，缩短产品的开发周期成为了目前亟待解决的问题。
为了解决这一痛点问题，瑞萨电子专门针对锂电池供电的消费产品推出了锂电池组一站式管理解决方案—R-BMS F（具备固定固件的即用型电池管理系统）。通过提供预先经过严格验证的固件，可最大限度地延长电池寿命并确保安全运行，提供包括电芯平衡、电流控制，以及电压和温度监控等在内的众多功能。同时，为进一步提升灵活性，电池管理系统允许开发者通过图形用户界面(GUI)设置众多参数，以满足特定要求，并针对不同的电芯化学成分调整解决方案，而无需全套的集成开发环境(IDE)。通过使用R-BMS F能够显著缩短相关产品的开发周期，助力企业快速设计出安全、高效的电池管理系统。
为了使用户能够对R-BMS F系统有更深入的理解，瑞萨电子还贴心的推出了2款评估套件：RTK0EF0136DK0002B EVK （3-10节锂电池解决方案）与 RTK0EF0163DK0002B EVK（2-4节锂电池解决方案），分别与RAJ240090/100 FGIC和RAJ240055 FGIC对应，为高效的电池管理设计提供多功能、即用型平台。

硬件开箱

今天在我们手中的是RTK0EF0136DK0002BM套件，其依然采用瑞萨经典的蓝白包装盒，简约而大方。

图1 外包装图
打开包装盒，我们看到里面分区呈放了4样物品，分别是：评估板、USB-SMBUS转换器，USB电缆和4PIN的转接电缆。

图2 内部分区放置

图3 RTK0EF0136DK0002BM套件全家福
下面让我们看看今天的主角RTK0EF0136DK0002BM评估板。整个板子采用经典的绿色阻焊油工艺，大小约为440mm*400mm。

图4&5 评估板的正面与背面
在整个板子中心的部分是它的核心RAJ240100芯片。这是一块10mm*10mm大小0.5mm间距LQFP封装的芯片，集成有瑞萨超低功耗RL78 CPU内核，代码闪存为128KB,数据闪存为4KB并且还自带7KB的SRAM，另外该芯片还具CSI、I2C、UART、CAN等多个串行接口以及16位、12位等多种定时器。

图6 主芯片
除了这些MCU所具备的基本参数外，该芯片还有以下特性：

• 完全集成的电池管理解决方案，具有电池容量测量和可编程保护功能。
• 支持3- 10 个串联的锂离子或锂聚合物电池。
• 集成有15位分辨率的AFE A/D转换器以及8位/10位分辨率的MCU A/D转换器
• 具有18为分辨率的Σ-Δ A/D 转换器用于电流积分电路
• 通过AFE的A/D转换器可以监控过压、欠压和温度，无需MCU控制
• 能够同时测量电池电压和电流，具备短路电流检测、充电过流检测、放电过流检测、充电唤醒电流检测、放电唤醒电流检测
• 具有充电和放电MOSFET高低边控制能力
• 超低功耗，休眠功耗低至50uA

在MCU的下方，是3个红、绿、白的实体按键。SW1按键用来控制系统是否启动；SW2用来控制LED灯是否点亮；SW3则是复位按钮。

图7 三个实体按键
而在MCU的右边则安装有8个LED灯，分别是LED1-LED8。它们各有各的用途，如LED1是电源指示灯、LED2则是警报指示灯、LED3/4分别是充电/未充电指示灯，LED5-8则是RSOC状态指示灯。

图8 LED灯
除了MCU和按键外，这块开发板子上最引人注目的莫过于各种跳线、排针和接口了，他们都各有用途，有的是用来控制是否采用仿真方式对板卡进行评估的，而有些则是用来控制保险丝是否连接的，具体可以参考下图以及数据手册：

图9 评估板上重要的接口和跳线说明

软件系统

在软件方面，瑞萨公司也在网页上(https://www.renesas.cn/zh/design-resources/boards-kits/rtk0ef0136dk0002bu)提供了极其详尽的资料，从产品简介到快速指南和软件包的使用应有尽有。

图10 网页资料截图
在这里最重要的当属R-BMS F软件了，通过这款软件，用户可以清楚地知道当前整个系统充放电及工作状态。这里特别注意的是，不同芯片对应不同的软件，实际使用时需要区分。

图11 软件工具截图

系统实测

下载好对应的R-BMS F软件后就可以开始对板卡进行评估了。根据用户手册的提示，对该板卡进行评估有两种方法：仿真方法和真实方法。通过仿真方式，工程师们可以在没有真实电芯的情况下对板卡的功能进行体验和测试。在这里我们也是通过仿真的方式对板卡进行测试。按照要求：
首先，短接JP3(确保JP3上所有引脚都短接)，然后根据电芯的数量配置JP15 ~JP21（配置方法如下表所示，在这里我们选择模拟3个电池的情况，也就是短接JP15~JP21所有引脚）。

图12 JP15-JP21配置
短接好后效果如下图所示

图13 3电池跳线配置
将稳压电源的正极和负极分别接到板卡上的Bat+和Bat-，调整电压为每电芯3V-4.2V(在这里我们是模拟3电芯，所以选择9.99V),随后我们将USB SMBus Converter (I/F)进行连接，连接好后如下图所示：

图14 利用稳压电源对套件进行评估
这里特别注意，USB SMBus Converter与板卡是通过3芯的电缆连接，为了避免工程师们连接错误，瑞萨公司特意制作了一根4脚的连接线，其中1脚为NC，连接时需要注意区分。

图15 3芯电缆连接图
按下板卡上的”PON”开关启动系统，当系统正常启动后，LED1会转变为绿色（请确保JP2短接）。此时，打开R-BMS F软件，系统会自动地连接板卡，并在右下角显示连接的端口。

图16 R-BMS F Tool 主界面
可以看到，整个界面简洁大方，界面的左边主要是板卡的外观图片，界面右边是整个软件具有的功能。包括SYSTEM MONITOR、FIXED DATA、FLEXIBLE DATA、CALIBRATION DATA、CALIBRATION、FLASH UPDATE、FACTORY DEFAULT、FUNCTION CONFIG等8个模块，它们的功能如下表所示：

表1 不同功能模块的用途

在开始使用R-BMS F软件对板卡进行测试之前，首先需要我们进行一些设置，点击软件界面左下角的设置图标，打开设置界面，我们可以看到有很多功能选项，如可以让软件自动识别目标设备、对开发板的版本进行验证等等，工程师们可以根据自己的需求进行设置。

图17 R-BMS F Tool设置界面
在对软件进行合理地设置后，就可以对板卡进行评估了，在这里我们以SYSTEM MONITOR功能为例进行说明。在保证板卡启动的基础上，点击软件上的”Monitoring”按钮，软件开始与板卡通信，我们可以看到界面上的各个寄存器的值都在根据板卡的状态实时变化，寄存器的地址后面有对其具体用途的解释，方便用户们快速了解当前的状态。而其他功能用法类似，工程师们可以自行尝试，另外R01AN7620EJ0101（R-BMS_F_Tool_UsersManual）文档中包含了每个选项的具体意义，在此就不一一列举。

图18 R-BMS F Tool Monitoring界面

小结

R-BMS F是非常优秀的一站式锂电池管理解决方案。通过预先验证的固件及配套的软件，工程师们可以根据自己项目的需求进行灵活的配置，以达到最优的性能。而瑞萨公司也提供了极其详尽的文档、手册等资料。目前，更多锂电池串数的产品正在准备中，相信在不久的将来还会有更加优秀的产品出现，让我们共同期待！