Überwachung + Cell-Balancing Batteriemanagementsystem auf einem Chip

Mit dem AS8506 hat ams ein neues IC entwickelt, das die Zellspannung von Akkupacks überwachen und darüber hinaus auch das Cell-Balancing übernehmen kann. Dafür benötigt es keinen externen Mikrocontroller, da alle Komponenten integriert sind. Lange Übertragungswege für die Signale entfallen damit.

Der AS8506 von ams kann die Zellspannung von 3 bis zu 7 Lithium-Ionen-Zellen mit einer Genauigkeit von ± 1 mV vergleichen. Da der unterstützte Spannungsbereich zwischen 1,8 V und 4,5 V liegt, eignet er sich für alle Lithium-Ionen-Akkus sowie auch für Superkondensatoren.

Die Spannungsmessung erfolgt mittels Komparatoren, welche die Spannungssignale der einzelnen Zellen über einen Pegelumsetzer erhalten. Diese Signale werden mit einer Referenzspannung verglichen, was die sehr genaue Spannungsmessung möglich macht. Auf diesem Weg können alle sieben Zellspannungen simultan gemessen werden. Außerdem kann man jederzeit eine obere und untere Grenzspannung festlegen, in der sich die gemessene Zellspannung bewegen muss. Verlässt sie diesen Rahmen, wird ein Diagnosesignal gesendet, wie zum Beispiel eine Fehlermeldung.

Neben der Spannungsmessung mit dem Komparator lässt sich aber auch die absolute Spannung der Zellen mit einem integrierten AD Wandler messen. Diese Werte sind natürlich etwas ungenauer als die der Komparatoren. Sie können seriell an einen externen Mikrocontroller geschickt werden, der damit zum Beispiel Diagnosefunktionen ausführen kann. Die Genauigkeit der Spannungsmessung liegt hier bei ±5 mV.

Aktives oder Passives Cell-Balancing möglich

Neben dem Messen der Zellspannung kann das IC aber noch mehr. Der AS8506 kann aktives oder passives Cell-Balancing, also den Ladungsausgleich zwischen Lithium-Ionen-Zellen mit verschiedenen Kapazitäten, vornehmen. Das Balancing wird von einer State Machine gesteuert, die lediglich ein Trigger-Signal von außen benötigt, um damit zu beginnen. Damit ist der AS8506 nahezu autark. Wahlweise kann aber auch ein Mikrocontroller per SPI das Balancing steuern.

Für das standardmäßig aktivierte passive Cell-Balancing, das für die meisten Anwendungen ausreicht, ist lediglich ein zusätzlicher Entladewiderstand notwendig. Aufgrund der genauen Messwerte, die direkt auf dem Chip zur State Machine übertragen werden, gibt es kaum Störmöglichkeiten die zum Beispiel bei der Signalübertragung zu einem Mikrocontroller auftreten können.

Wahlweise unterstützt der AS8506 auch aktives Cell-Balancing, das muss allerdings von ams aktiviert werden. Bei dieser Art des Ladungs-Ausgleichs zwischen den Zellen ist ein externer Sperrwandler notwendig sowie ein Transistor, der Spannungsspitzen der Spule verkraften kann. Der Treiber für diesen Transistor ist ebenfalls auf dem Chip enthalten. Beim Cell-Balancing können nur niedrige Ströme bis 150 mA geschalten werden, was aber für viele Anwendungen ausreichend ist, da die Kapazitätsunterschiede heutiger Akkuzellen sehr gering geworden sind.

Der AS8506 kann also autark die Zellen eines Akkupacks überwachen und ausbalancieren. Dadurch entfällt ein externer Mikrocontroller, die dazugehörige Software sowie die Verbindungen zwischen dem IC und einer MCU.