Gut geschützt und schneller marktreif
Akkuladung exakt anzeigen ohne Batteriecharakterisierung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Charakterisierung nicht erforderlich
Systementwickler können mit einem EV-Software-Kit Anwendungsdetails Schritt für Schritt durchgehen und das Modell in nur wenigen Minuten designen, wodurch sie Zeit hinsichtlich der Time-to-Market einsparen. Simulationen des Herstellers mit mehr als 300 verschiedenen Akkus und rund 3000 Entladungen haben gezeigt, dass diese Methode in mehr als 97 Prozent der Testfälle zu einer Fehlerrate unter drei Prozent führt.
Lange Akkulebensdauer: Eine Eigenstromaufnahme von 7 μA (bei ausgeschalteten Schutz-FETs) verhindert das Entladen des Akkus während längerer Stand-by-Perioden und sorgt für eine lange Haltbarkeit und Laufzeit. Der Ruhestrom von 7 µA verbraucht über eine Dauer von zwölf Monaten anstelle von 66 Prozent (wie im aufgeführten Beispiel) nur etwa zwölf Prozent der Akkurestladung.
Alternativ dazu kann der IC in einen Auslieferungsmodus mit einer Eigenstromaufnahme von nur 0,5 μA versetzt werden, was die Lebensdauer im Regal verlängert. Er kann den Normalbetrieb sofort wieder aufnehmen, wenn eine Taste gedrückt oder ein Ladegerät angeschlossen wird. Die Ladezustandsanzeige kann dann sofort den SOC-Wert berechnen und die Gesamtkapazität des Akkus während der nächsten eineinhalb Zyklen neu anlernen.
Lange Laufzeit: Mit einer geringen Eigenstromaufnahme von 18 μA (bei eingeschalteten FETs) reduziert sich die Verkürzung der Akkulaufzeit im passiven Modus von den exemplarischen 6,9 Monaten auf nur 3,7 Monate.
Verbesserte Sicherheit: Der IC integriert eine vielfältig programmierbare Schutzschaltung für Lithium-Ionen-Akkus und kann damit Schäden durch außergewöhnliche Spannungs-, Strom- und Temperaturbedingungen verhindern und ein sicheres Auf- und Entladen gewährleisten. Die Integration einer Schutzfunktion und Ladezustandsanzeige gemeinsam in einem IC ermöglicht ein besseres Akkuschutzkonzept und verhindert gleichzeitig Fehlauslösungen der Schutzfunktion. Speziell durch seine Fähigkeit, den Ladezustand während eines sehr kurzen Spannungseinbruchs abzuschätzen, kann der IC entscheiden, ob es sinnvoll ist, den Betrieb fortzusetzen oder abzuschalten.
Viele Akkuhersteller empfehlen, dass das Ladegerät die Ladespannung mit zunehmender Alterung des Akkus absenkt. Dementsprechend kann der System-Mikrocontroller die entsprechenden Register des Ladezustandsanzeige-ICs auslesen, um Alterung und Ladezyklen festzustellen.
Da der System-Mikrocontroller das Ladegerät steuert, ist es wichtig, einen möglichen Systemabsturz mit der Folge eines unsicheren Betriebs des Ladegerätes, zu erkennen. Ein Watchdog im Ladezustandsanzeige-IC kann außergewöhnliche Systembedingungen des Mikrocontrollers erkennen und verhindert, dass ein unkontrolliertes Ladegerät den Akku beschädigt, indem er in den Schutzmodus geht.
Im Falle einer sehr hohen Akkukapazität implementieren viele Hersteller zusätzlich zum Primärschutz einen redundanten Sekundärschutz. Solche Schutzsysteme reagieren aber normalerweise nur auf Spannungs- und Stromfehler. Die Ladezustandsanzeige kann hier eine gute Ergänzung sein, indem sie die sekundäre Schutzfunktion auslöst, wenn außergewöhnliche Temperatur- und Spannungsbedingungen vorliegen. Dabei erkennt sie auch, ob die primären Schutz-FETs ausgefallen sind. Letztlich kann der Akku damit aus Sicherheitsgründen dauerhaft deaktiviert werden.
Systemmodell in wenigen Minuten realisierbar
Die beschriebenen Funktionen erleichtern es Entwicklern und Systemherstellern, die neuesten Produktsicherheitsstandards nach IEC 62368-1/UL62368-1 zu erfüllen und die Nutzerzufriedenheit zu erhöhen. Der Akku einer Action-Can muss gerade für sportliche On-time-Aufnahmen zuverlässig einschätzbar sein.
Das vorgestellte Entwicklungsprotokoll und der ModelGauge-m5-EZ-Algorithmus helfen die Herausforderungen der Ladezustandsmessung im Zusammenhang mit der SOC-Genauigkeit, der Akkulebenszeit, der Haltbarkeit und dem Akkuschutz zu bewältigen und die Time-to-Market zu verringern. Mit dem EV-Kit kann der Systementwickler in nur wenigen Minuten ein Modell generieren. Die Integration einer Ladezustandsanzeige und Schutzschaltung erhöht die Sicherheit, verkürzt die Stückliste und kann mit geringen Abmessungen zu verkleinerten Produktdesigns führen.
Die Autoren
Bakul Damle
ist Business Management Director im Bereich Mobile Power Business bei Maxim Integrated. Im Akku- und Energiemanagement konzentriert er sich momentan auf die Ladezustandsmessung, Energiegewinnung, drahtloses Laden und Akkuauthentifizierung. Er hält mehrere Patente im Bereich Test und Messung. Seinen Master-of-Science in Elektrotechnik machte er am California Institute of Technology und seinen Bachelor of Technology in Technischer Physik am Indian Institute of Technology.
Dr. Nazzareno Rossetti
ist Experte für Analogtechnik und Power-Management bei Maxim Integrated, er hat zahlreiche Fachbeiträge veröffentlicht und hält verschiedene Patente. Er besitzt einen Doktortitel der Elektrotechnik der Universität Politecnico di Torino, Italien.
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