0,04 Prozent Messgenauigkeit
Autobatterie-Monitor spart Kosten und erhöht Sicherheit
Mit dem Hochspannungs-Autobatterie-Monitor LTC6811 hat Linear Technology den Funktionsumfang des Vorgängers LTC6804 erweitert und dennoch die Kosten um 25 Prozent gesenkt.
Der LTC6811 ist ein komplettes Batterieüberwachungs-IC für Hybrid- und Elektrofahrzeuge, einschließlich einer auf einem separaten IC realisierten Deep-Buried-Zener-Spannungsreferenz, Hochspannungsmultiplexern, 16-Bit-Delta-Sigma-ADCs und einer galvanisch getrennten, seriellen 1-MBit/s-Schnittstelle. »Ziel bei der Entwicklung der vierten Generation unserer Monitoring-ICs war es, die Performance des LTC6804 zu steigern, Kundenwünsche einfließen zu lassen und gleichzeitig die Kosten zu senken«, sagt Bostjan Bitenc, Field Application Engineer von Linear Technology.
Ein einziges Monitor-IC vom Typ LTC6811 kann die Spannungen von bis zu zwölf in Serie geschalteten Zellen mit einer Genauigkeit von besser als 0,04 Prozent messen. »Das ist ein Wert, den man Hochpräzisionsmessgeräten im Labor kennt«, sagt Bostjan Bitenc. Für die hohe Präzision – jede Zelle lässt sich mit einer Präzision von maximal 1,2 V messen – sorgt die in einem eigenen Prozess gefertigte Zener-Spannungsreferenz. Damit entfallen auch die von Bandgap-Referenzen bekannten Probleme und der Nachbearbeitungsaufwand durch die hohen Temperaturen beim Reflowlöten. »Die hohe Genauigkeit ist schlussendlich dafür entscheidend, dass die Batterien optimal genutzt werden können. Damit müssen nur die wirklich benötigten Batterien eingebaut werden, was Platz und Gewicht spart«, so Bintec.
Linear hat auf dem LTC6811 einen 16-Bit-ADC vom Delta-Sigma-Typ integriert, der mit den verrauschten Batteriespannungen sehr viel besser zurecht kommt als SAR-Wandler. Ein internes Tiefpassfilter dritter Ordnung mit wählbarer Grenzfrequenz (acht zur Auswahl) gewährleistet eine gute Rauschunterdrückung. In der schnellsten ADC-Betriebsart können sämtliche Zellen innerhalb von nur 290 µs gemessen werden. Das ist wichtig, um alle Zellen innerhalb kurzer Zeit messen und damit auf die Impedanz schließen zu können. Die kurzen Messzeiten führen auch dazu, dass die Messwerte nicht verfälscht werden, wenn der Fahrer plötzlich beschleunigt.
Zur Überwachung großer Batterien mit vielen Zellen können mehrere LTC6811 kombiniert und gleichzeitig betrieben werden, wobei die Steuerung über die proprietäre 2-Draht-isoSPI-Schnittstelle von Linear Technology erfolgt. Diese mitintegrierte Schnittstelle ermöglicht eine galvanisch getrennte, gegenüber hochfrequentem Rauschen unempfindliche Kommunikation mit Datenraten bis 1 MBit/s. Die Kommunikation funktioniert über eine Distanz von 100 m, die in der Praxis kam erreicht werden dürfte. »Dies zeigt jedoch, dass auch in verteilten Systemen im Auto eine robust Kommunikation gewährleistet ist«, erklärt Bintec. Über ein Twisted-Pair-Kabel können zahlreiche LTC6811 in einer Daisy-Chain-Konfiguration mit einem gemeinsamen Host-Prozessor kommunizieren. Auf diese Weise lassen sich Hochspannungsbatterien mit Hunderten von Zellen überwachen.
Der LTC6811 ist für den Betriebstemperaturbereich von –40°C bis +125°C vollständig spezifiziert. Das IC wurde für ISO-26262- (ASIL) konforme Systeme entwickelt und bietet zahlreiche Redundanz- und Fehlererkennungsfunktionen, darunter eine redundante Spannungsreferenz, eine Logiktestschaltung, Cross-Channel-Test, Erkennung von Kabelunterbrechungen, Watchdog-Timer und Paketfehler-Check an der seriellen Schnittstelle.
In existierende Designs kann der Batteriemonitor-IC LTC6804 direkt durch den softwarekompatiblen LTC6811 ersetzt werden. Das bringt Vorteile wie z. B. zusätzliche Tiefpassfilter-Grenzfrequenzen, zusätzliche passive und aktive Ladungsausgleichfunktionen, neue ADC-Befehle und erweiterte Fehlererkennung für erhöhte funktionale Sicherheit.
Den LTC6811 unterstützt die Linduino-Technologie von Linear. Dabei handelt es sich um eine Kombination aus einem Arduino-Mikrocontroller-Board und einer Softwarebibliothek. Das Microcontroller-Board enthält einen galvanisch getrennten USB-Port und kann direkt an das LTC6811-Demoboard angeschlossen werden. Diese Kombination ergibt eine komfortable Plattform für die Evaluierung des LTC6811 und die Entwicklung von darauf basierender Systeme.
Der LTC6811 sitzt in einem SSOP-SMT-Gehäuse, das eine Fläche von 8 mm x 12 mm einnimmt. Der Chip kostet bei Abnahme von 1.000 Stück 8,19 Dollar. Muster und Demoboards sind ab sofort erhältlich.
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