Neue ICs für Lithium-Ionen-Akkus

Literatur:

[1] Charge Methods for Ni-Cd Batteries, pdf/Panasonic_NiCd_ChargeMethods.pdf>www.panasonic.com/industrial/battery/oem/images/pdf/Panasonic_NiCd_ChargeMethods.pdf[2] Charge Methods for Nickel Metal Hydride Batteries, www.panasonic.com/industrial/battery/oem/images/pdf/Panasonic_NiMH_ChargeMethods.pdf [3] Cadnica, http://us.sanyo.com/batteries/pdfs/cadnicaT_E.pdf
[4] Twicell, http://us.sanyo.com/batteries/pdfs/twicellT_E.pdf
[5] Safety Precautions for the Lithium Ion Battery Pack, www.panasonic.com/industrial/battery/oem/images/pdf/Panasonic_LiIon_Precautions.pdf [6] Lithium ion, http://us.sanyo.com/batteries/pdfs/lionT_E.pdf
[7] Fleischer, G.: Genormte Schnittstellen für die Stromversorgung. Elektronik ecodesign 2007, S. 14 – 15.
[8] www.summitmicro.com/prod_select/summary/SMB139/SMB139.htm
[9] www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1335&dDocName=en527982
[10] html>http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/bq25015.html
[11] www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H0,C1,C1003,C1037,C1078,C1088,P37930 
[12] www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H0,C1,C1003,C1037,C1078,C1088,P37732
[13] www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H0,C1,C1003,C1037,C1078,C1088,P37534 
[14] www.analogictech.com/products/ProductDisplay.aspx?Department-ID=2&Productid=203 
[15] www.analogictech.com/products/ProductDisplay.aspx?Department-ID2&Productid=205 
[16] www.intersil.com/cda/deviceinfo/0,1477,ISL9216,0.html
[17] Schülein, O.: Akkus laden oder zerstören. Elektronik 2003, H. 23, S. 96 – 105.
[18] Buchmann, I.: Lithiumion-Akku ist nicht gleich Lithiumion-Akku. Elektronik 2007, H. 7, S. 100 – 103.
[19] Scott, N. D.: Akkus umfassend und kostengünstig überwachen. Elektronik 2007, H. 14, S. 44 – 49.

Autor:

Dipl.-Ing. Harry G. Schubert ist verantwortlicher Redakteur der Elektronik für die Bereiche Bildverarbeitung, Elektronik- Produktion, Stromversorgung und Konsumelektronik.
hschubert@elektronik.de

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Lithiumion-Akku ist nicht gleich Lithiumion-Akku

In großen Akku-Packs mit mehreren in Reihe geschalteten Zellen muss der Ladestrom durch alle Zellen fließen. Allerdings verhalten sich die Zellen beim Laden nicht gleich. Sowohl durch Streuungen als auch durch Alterung bedingt, haben die Zellen unterschiedliche Innenwiderstände und entladen sich dementsprechend verschieden. Beim Ladevorgang sind einige Zellen schneller aufgeladen als andere. Es werden entweder Zellen überladen oder nur zum Teil aufgeladen, da der Ladevorgang für sie zu früh endet. Um dies zu vermeiden, überwachen Schutzschaltungen den Ladevorgang in Serienschaltungen von Akku-Zellen. Sie sorgen dafür, dass alle Zellen vollständig geladen werden, ohne einzelne Zellen zu überladen. Es wird einfach ein Teil des Ladestroms über eine Parallelschaltung an den Zellen vorbeigeleitet, deren Ladezustand weiter fortgeschritten ist.

Eine solche Schutzschaltung für Akku-Packs mit acht bis zwölf in Reihe geschalteten Li-Ionen-Zellen bietet Intersil mit den kaskadierbaren ICs ISL9216 (Master) und ISL9217 (Slave) [16], die sich über den I²C-Bus verständigen. Dazu muss jeder einzelne Anschluss der Akku-Zellen herausgeführt und mit den ICs verbunden werden (Bild 4). Die FETs in den ISL9216/7 können über einen externen Widerstand bis zu 200 mA des Ladestroms an einer Zelle vorbeileiten. Für dieses Ausbalancieren der Zellen wird ein Mikrocontroller benötigt, der den ISL9216 über den I²C-Bus steuert. Kriterium für das Ausbalancieren ist die jeweilige Zellenspannung – beide ICs überwachen die Zellenspannungen und verfügen über einen Multiplexer, um jede einzelne Zellenspannung – nach Anforderung durch den µC – als analoges Signal auszugeben. Der Zelle mit der höchsten Spannung wird ein Widerstand parallelgeschaltet. Der Widerstandswert bestimmt die Stärke des Stroms, der an der Zelle vorbeigeleitet wird. Da die Verlustleistung der ICs 400 mW nicht übersteigen darf, hängt die Anzahl der Zellen, die gleichzeitig überbrückt werden können, auch von der Stärke des parallel durch den Widerstand geführten Stroms ab. Bei einem kleineren Strom durch den Parallelwiderstand können mehr Zellen gleichzeitig überbrückt werden als bei einem größeren Strom. Der Algorithmus für das Ausbalancieren muss viele Parameter berücksichtigen – auch die Temperatur, die per temperaturabhängigem Widerstand im Akku-Pack gemessen wird. Intersil bietet in seinem Evaluation-Kit (ISL9216EVAL1Z) ein Beispielprogramm. Als Schutzfunktionen enthält der ISL9216 einen Überstromschutz und Kurzschlussschutz beim Entladen sowie einen Überstromschutz beim Laden des Akku-Packs. Die jeweiligen Schwellwerte können für beide Betriebsarten einzeln über I2C programmiert werden.

1. Neue ICs für Lithium-Ionen-Akkus
2. Literatur:
3. Auszeichnung für Akku-Spezialisten
4. Laderegler plus Schaltregler