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Akkumonitor

Ladezustand von Akkus bestimmen

09. April 2008, 09:29 Uhr   |  Von Gerhard Winkler


Fortsetzung des Artikels von Teil 1 .

Monitor im Akkupack

DS2762
© Maxim

Bild 4: Akkumonitor für Strom-, Spannungs- und Temperaturmessung

Der in Bild 4 gezeigte Akkumonitor, der »DS2762« von Maxim, verarbeitet die Messwerte nicht selbst, sondern stellt sie in digitaler Form über einen 1-Draht-Bus einem Mikrocontroller zur Verfügung. Der im DS2762 integrierte A/D-Wandler hat eine Auflösung von 12 Bit. Informationen zur Identifizierung lassen sich im nichtflüchtigen Speicher ablegen. Für die Datenübertragung benötigt der Entwickler nur einen zusätzlichen Anschluss, und die Temperaturmessung erfolgt direkt im Chip. Daher lässt sich der Baustein besonders gut im Akkugehäuse selbst unterbringen.Zusätzliche Schutzvorrichtungen und Alarmmelder sind bereits integriert.

Der Fuel-Gauge »DS2784«, dessen Funktionsblöcke in Bild 5 gezeigt sind, ist ein Stand-alone-Baustein, der die Messungen von Spannung, Temperatur und Strom mit hoher Präzision durchführt und Zellcharakteristik und Betriebsparameter der Anwenderschaltung mit berücksichtigt. Verschiedene Speicherbereiche sind für Kompensationswerte sowie statistische und anwendungsspezifische Werte vorgesehen. Register halten die Informationen von konservativ errechneter verfügbarer Ladung bereit. Diese werden durch korrigierte Werte ersetzt, wenn die augenblickliche Temperatur und die Anzahl der Entladezyklen eingegeben werden.

DS2784
© Maxim

Bild 5: Ladeanzeige-IC für erhöhte Anforderungen mit integrierter Auswertung des Ladezustands

Der Ladezustand lässt sich in Milliamperestunden und Prozent angeben. Füllstandsroutinen und Lernalgorithmen stellen die Alterung der Zellen fest. Die für Lithium-Ionen-Akkus notwendigen Sicherheitsschaltungen sind integriert, und eine Authentifizierung mit einem SHA (Secure Hash Algorithm) verhindert Manipulationen und Plagiate. Zum Einsatz kommt der DS2784 in Akkupacks für hochwertige tragbare Geräte.

Ohne Lernzyklen kommt der Fuel-Gauge »DS2786« aus. Der Baustein schätzt die verfügbare Ladung mit einer Kombinationsmethode, bestehend aus einem OCV (Open Circuit Modell) und einer Ladungsbilanzierung. Die Zellspannung wird im Leerlaufzustand, die Akkukapazität mit abgespeicherten Werten bestimmt. Die Akkukapazität steht also sofort bereit. Dann kann die Ladungsbilanzierung – also die Berechnung der in den Akku heraus- und hineinfließenden Ladung – greifen.

Ebenfalls ohne Lernzyklen kommt ein Fuel-Gauge-IC aus, das neben der OCVMethode die kumulierte Ladungs- und Entladungsmenge und die Zellenimpedanz überwacht. Bei zunehmender Alterung des Akkus, hervorgerufen durch häufiges Auf- und Entladen, Lagerung bei höheren Temperaturen, vergangener Zeit seit der Herstellung, und durch ungünstiges Zyklenprofil steigt die Impedanz der Akkuzelle. Diese Information kann man zwar bei der Anzahl der verstrichenen Ladezyklen mit unterbringen, die Genauigkeit des ermittelten Ladungszustandes und der möglichen Belastung der Zelle erhöht sich jedoch bei separater Betrachtung.

Wenn der Wunsch besteht, einen Akku bis an die äußerste Grenze zu entladen, sollte der Anwender diesen Baustein einsetzen. Bleibt das Gerät jedoch eine Weile unbenutzt und wird es nicht rechtzeitig wieder aufgeladen, kann durch Selbstentladung eine Tiefentladung auftreten, und der Akku ist dauerhaft geschädigt. Auch ist zu berücksichtigen, dass zwar bei Nickel-Cadmium- und Ni-HM-Akkus volle Ladezyklen den Memory-Effekt verhindern. Bei Lithium-Ionenund Lithium-Polymer-Akkus sollten die Ladezyklen besser nicht den maximal möglichen Lade- und Entladebereich ausnutzen, da sonst die Zellen vorzeitig altern.

Der Autor:

Gerhard Winkler ist Applikationsingenieur bei Maxim Integrated Products.

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