Neue ICs für Lithium-Ionen-Akkus

Auszeichnung für Akku-Spezialisten

Die in Karlstein ansässige BMZ Batterie-Montage- Zentrum GmbH erhielt dieses Jahr die Auszeichnung „Bayerns Best 50“ des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (www.stmwivt.bayern.de). Bereits zum sechsten Mal werden mit diesem Preis 50 bayerische Unternehmen geehrt, die sich in den vergangenen fünf Jahren als besonders wachstumsstark erwiesen haben und dabei sowohl ihren Umsatz als auch die Anzahl der Mitarbeiter überdurchschnittlich steigern konnten. Das auf die Verarbeitung von Akkumulatoren spezialisierte Unternehmen wurde von dem unabhängigen Juror, der Ernst & Young AG Wirtschafts- und Steuerberatungsgesellschaft, aus mehreren 100 Kandidaten als einer von 13 Preisträgern im Bereich Produktions- und Konsumgüterindustrie ermittelt. Die BMZ Batterie-Montage- Zentrum GmbH steigerte den Umsatz im Zeitraum 2002 bis 2006 von 11,4 Mio. Euro auf 36,8 Mio. Euro und die Anzahl der Mitarbeiter im gleichen Zeitraum von 65 auf 265. Auch für 2007 erwartet das Unternehmen einen weiteren kräftigen Wachstumsschub. Laut Thorsten Gotthardt – dem für Produktion, Lager und Versand verantwortlichen Geschäftsführer, plane man für 2007 erneut weit über 100 Neueinstellungen, das Umsatzziel liege deutlich jenseits der 50-Mio.-Euro-Marke.

Der LTC3559 kann eine Eingangsspannung bis max. 5,5 V verarbeiten und verträgt kurzzeitig bis zu 7 V. Spannungsspitzen bis zu 13 V verträgt sein Bruder, der LTC4067 [12], ein Li- Ionen-/Li-Polymer-Akku-Lade-IC im 3,3 mm × 3,6 mm großen DFN-Gehäuse (Dual Flat No-Lead) mit zwölf Anschlüssen. Auch er ermöglicht den Betrieb am USB-Anschluss und mit einem externen Steckernetzteil. Allerdings enthält der LTC4067 keine Schaltregler, sondern nur eine Strombegrenzung, um den USB-Anschluss vor Überlast zu schützen. Die Steuerlogik sorgt dafür, dass der Akku nicht entladen wird, solange eine Spannung am Eingang anliegt. Eine integrierte Diode mit niedrigem Duchlasswiderstand sorgt für eine möglichst verlustfreie Speisung der Last durch den Akku, wenn die Eingangspannung fehlt. Diese Diode kann durch einen externen PMOS-FET überbrückt werden, der – vom LTC4067 angesteuert – sich noch niederohmiger durchschalten lässt. Der Ladevorgang im LTC4067 gleicht dem des LTC3559: Bei Tiefentladung (< 2,8 V) beginnt ein vorbereitender Ladevorgang mit 10 % des Ladestroms. Ist diese Schwellenspannung erreicht, wird mit dem voreingestellten Konstantstrom geladen – max. 500 mA (USB), max. 1,5 A (Netzteil). Andernfalls bricht der LTC4067 nach 30 Minuten mit einem Fehlersignal den Ladevorgang ab. Je nach Stromaufnahme des Gerätes, reduziert der LTC4067 den Ladestrom, um die maximal von der Quelle lieferbare Stromstärke (USB) nicht zu überschreiten. Der Ladevorgang mit Konstantspannung beginnt, wenn die Akku-Spannung 4,2 V erreicht, und endet nach zwei Stunden. Unterschreitet die Akku- Spannung den Wert von 4,1 V, startet der LTC- 4067 einen erneuten Ladevorgang, um der Selbstentladung des Akkus vorzubeugen.

Eingangspannungen bis 22 V kann das Lade- IC für Li-Ionen-/Li-Polymer- Akkus LTC4075- HVX [13] von Linear Technology verarbeiten. Das IC im 10-Pin-DFNGehäuse ist mit zwei Eingangsspannungsanschlüssen ausgestattet – Netzteil und USB – und schaltet automatisch zwischen den Quellen um (Bild 3). Wenn beide Eingänge mit einer Spannungsquelle verbunden sind, wählt der LTC4075HVX den Netzteileingang. Dafür spendierte Linear Technology dem LTC4075HVX zwei unabhängige Laderegler, die den Akku nach der Konstantstrom-/Konstantspannungs- Methode entweder mit max. 850 mA (USB-Anschluss) oder max. 950 mA (zweiter Eingang) laden. Beide Laderegler verfügen über einen eigenen Anschluss, an dem sich mit einem externen Widerstand die Ladestromstärke einstellen lässt. Das Ladeende wird über einen für beide Laderegler gemeinsamen Komparator erkannt, wenn der Ladestrom im Konstantspannungsmodus (4,2 V) unter einen Schwellwert sinkt, der vom Entwickler ebenfalls über einen externen Widerstand festgelegt wird. Dann schaltet sich der Baustein in den Bereitschaftsbetrieb, überwacht aber dennoch die Akku- Spannung. Fällt diese unter 4,075 V, beginnt erneut ein Ladevorgang.

Auch der Laderegler AAT3670 [14] von Analogic Tech im QFN-Gehäuse mit 24 Anschlüssen hat zwei getrennte Eingangsanschlüsse für USB und ein externes Netzteil. Er erkennt ebenfalls automatisch die angeschlossenen Quellen und bevorzugt den Netzteileingang, wenn an beiden Anschlüssen eine ausreichende Versorgungsspannung anliegt. Der AAT3670 kann Li-Ionen-/Li-Polymer- Akkus mit max. 1,6 A laden. Über den USB-Eingang kann der Ladestrom max. 0,9 A oder 0,1 A betragen. Um die jeweilige Quelle vor Überlast zu schützen, reduziert der AAT3670 die Stromaufnahme, wenn die Eingangsspannung unter 4,5 V (USB) bzw. 4,6 V (Netzteil) sinkt. Der Ladevorgang beginnt bei tiefentladenem Akku (< 2,9 V) mit einem Zehntel des Ladestroms. Oberhalb 2,9 V setzt die eigentliche Konstantstrom- Ladephase ein. Hat der Akku seine Nennspannung von 4,2 V erreicht, wechselt der Laderegler in den Konstantspannungmodus. Das Ladeende wird erkannt, wenn der Ladestrom den über einen externen Widerstand einstellbaren Schwellwert unterschreitet. Dann schaltet der AAT3670 sich in einen Ruhezustand, in dem nur die Akku-Spannung überwacht wird. Liegt an keinem Eingang eine Spannung an, geht der AAT3670 ebenfalls in den stromsparenden Ruhezustand und verbraucht nur noch 1 µA. Als Schutzfunktion überwacht der Laderegler die eigene Chiptemeratur und – über einen im Akku-Pack integrierten NTC – die Akku-Temperatur. Die einzelnen Ladephasen – vorbereitendes Laden, Laden mit Konstantstrom, Laden mit Konstantspannung – werden von einem Timer überwacht, dessen Zeitdauer über einen externen Kondensator eingestellt werden kann.

Das gleiche Ladeverfahren nutzt der nur für den Netzteilbetrieb ausgelegte Akku-Laderegler AAT3697 [15] von Analogic Tech. Er kann Li-Ionen-/- Li-Polymer-Akkus mit einem Strom bis zu 2 A laden und findet in einem 3 mm × 3 mm großen TDFN-Gehäuse (Thin Dual Flat No-Lead) Platz. Zusätzlich bietet er einen Anschluss zur seriellen Datenübertragung. Über eine Leitung kann ein Mikrocontroller den Status abfragen und erhält als Antwort eine Impulsfolge, deren Anzahl den aktuellen Betriebszustand des Ladereglers wiedergibt.

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