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Zellenausgleich bei Batterie-Stacks

Active Balancing mit dem LTC3300-1

12. April 2013, 10:05 Uhr | Iris Stroh

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Aus ökonomischen Gründen sinnvoll

Das Kostenargument kennt natürlich auch Nork, weshalb er betont, dass ein aktiver Zellenausgleich auch aus ökonomischen Gründen sinnvoll sei. Um die Kapazität des Batterie-Stacks mit ungleichen Zellen zu erhöhen, stünden dem Entwickler zwei Wege offen:

Eine größere Batterie verwenden, dabei fallen Mehrkosten von 1 bis 2 Dollar pro Ah pro Zelle an.

Einen aktiven Zellenausgleich nutzen, was zu Mehrkosten von 2 bis 3 Dollar pro Zelle führt, abhängig vom Ausgleichsstrom (IBAL).

Will ein Entwickler also einen »Kapazitätsverlust« von 10 Ah ausgleichen, kann er eine größere Batterie kaufen, die mit 10 bis 20 Dollar pro Zelle teurer ausfällt. Oder er nutzt einen aktiven Zellenausgleich, »der nur mit 2 bis 3 Dollar pro Zelle zu Buche schlägt«, so Nork weiter. Außerdem kann der Entwickler von vornherein auf billigere Batterien zurückgreifen, die naturgemäß einen deutlich höheren Kapazitätsunterschied zwischen den Zellen aufweisen, was aber mit einem aktiven Zellenausgleich kein Problem mehr darstellt. Außerdem sei mit dem LTC3300 dank einer Übertragungseffizienz von maximal 92 Prozent ein Zellenausgleich mit hohen Strömen (maximal 3,47 A) bei geringer Verlustleistung möglich, so dass der Zellenausgleich schneller erfolgen kann.

Der LTC3300 ist ein bidirektionaler Balancing-Baustein, der als Controller auf einer nicht-isolierten, bidirektionalen Synchron-Sperrwandler-Topologie basiert und bis zu sechs in Serie geschaltete Zellen verwalten kann. Die Ladung kann zwischen einer ausgewählten Zelle und zwölf oder mehr benachbarten Zellen verschoben werden. Alle Balancer können voneinander unabhängig und simultan arbeiten und unterstützen Lade-/Entladeströme bis 10 A. Der bidirektionale Betrieb und das simultane Balancing minimieren den Zeitbedarf für den Ladezustandsausgleich.

Die einzelnen Balancer werden über eine proprietäre SPI-kompatible serielle Schnittstelle mit Pegelschieber gesteuert, die es ermöglicht, mehrere Controller LTC3300-1 in Serie zu schalten, ohne Optokoppler oder Isolatoren verwenden zu müssen. Die kaskadierbare Architektur des Bauteils mit verschachtelten Transformatorverbindungen ermöglicht ein Balancing sämtlicher Zellen in einer beliebig langen Kette (>1000 V) von in Serie geschalteten Batterien.
Der Chip enthält alle benötigten Funktionsblöcke wie zum Beispiel Gate-Treiberschaltungen, genaue Strommessschaltungen, Fehlerschutzschaltungen und eine serielle Datenschnittstelle mit integriertem Watchdog-Timer und CRC-Fehlererkennung (CRC: Cyclic Redundancy Check).