ams Referenzdesign für E-Bike-Batteriemanagementsysteme

Das controllerlose Referenzdesign für E-Bike-Batteriemanagementsysteme von ams soll eine einfachere und kostengünstigere Architektur gewährleisten.
Das controllerlose Referenzdesign für E-Bike-Batteriemanagementsysteme von ams soll eine einfachere und kostengünstigere Architektur gewährleisten.

Das Referenzdesign für ein controllerloses Ladungsausgleichs- und Spannungsüberwachungssystem ermöglicht es, wichtige Sicherheitsfunktionen umzusetzen und gleichzeitig die Bauteilanzahl und Materialkosten zu verringern.

ams präsentiert ein Referenzdesign für ein Batteriemanagementsystem (BMS), das die Zellen von Pedelec/e-Bike-Lithiumbatterien hochgenau überwacht und den Ladungsausgleich zwischen den Zellen (Balancing) steuert, ohne auf einen Mikrocontroller angewiesen zu sein. Batterie- und Pedelec-Hersteller können durch den Einsatz dieses Designs im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen Materialkosten einsparen und das Schaltungsdesign vereinfachen.

Das ams-Design ist für eine 48-V-Pedelec-Batterie aus bis zu 14 Lithium-Ionen-Zellen ausgelegt. Die auf zwei intelligenten Zellenüberwachungs-ICs AS8506 basierende Lösung kommt mit einigen wenigen externen Bauteilen aus. Die beiden ICs überwachen die Temperaturen und Spannungen von jeweils bis zu sieben Zellen und sorgen beim Laden für einen passiven Ladungsausgleich zwischen den Zellen.

Zum Vergleich: Herkömmliche BMS-Designs in Pedelecs messen die Zellenspannungen und -tem-peraturen mithilfe von Spannungsüberwachungs-ICs ohne lokale Intelligenz und übertragen die gemessenen Daten über eine serielle Kommunikationsverbindung an einen dedizierten Batterie-management-Mikrocontroller. Dieser übernimmt die nötigen Sicherheits- und Schutzfunktionen (Über- und Unterspannungsschutz, Übertemperaturabschaltung) und die Steuerung des Ladungs-ausgleichs.

Beim Referenzdesign von ams werden alle diese Funktionen von der internen Logik des AS8506 übernommen. Das IC enthält auch die für den passiven Ladungsausgleich benötigten MOSFETs. Während des Ladens werden die Spannungen sämtlicher Zellen mit einer vom Anwender programmierten Referenz-Schwellenspannung verglichen. Zellen, deren Spannung den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, werden über den MOSFET so weit entladen, bis alle Zellen die Schwellenspannung erreicht haben und die Batterie voll geladen ist; der maximale Entladestrom beträgt 100 mA. Wenn ein AS8506 einen Überspannungs-, Unterspannungs- oder Übertemperaturzustand erkennt, sendet er ein Interruptsignal an den Motorsteuerungs-IC des Pedelecs und löst so die Sicherheitsabschaltung aus.

Das Referenzdesign ist auf alle Pedelec- oder e-Bike-Batterien mit bis zu 14 Lithium-Ionen-Zellen anwendbar. Bei Bedarf lässt es sich durch Verwendung mehrerer AS8506 in einer Daisy-Chain-Konfiguration für Batterien mit mehr als 14 Zellen erweitern. Die Referenzdesign-Dateien stellt ams auf Anfrage zur Verfügung. Das Zellenüberwachungs-IC AS8506 wird bereits in Serie produziert und kostet 9,10 Dollar bei Abnahme von 1.000 Stück.