Battery Management und Cell Balancing mit einem Chip

Referenzdesign Battery Management und Cell Balancing mit einem Chip

22.04.2014Redakteur: Gerd Kucera

Das Referenzdesign von ams für ein Batteriemanagementsystem überwacht die Zellen von Pedelec/e-Bike-Lithium-Ionen-Akkus und steuert den Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Zellen.

Anbieter zum Thema

ACTRON AG

Jauch Quartz GmbH

Caltest Instruments GmbH

Das Demo-Kit zum AS8506: Es verdeutlicht die Fähigkeit des Cell Monitoring und Balancing ohne Verwendung eines Mikrocontrolers und Firmware.
(Bild: ams)

Mit diesem Referenzdesign für ein controllerloses Ladungsausgleichs- und Spannungsüberwachungssystem zeigt ams, wie man die Bauteilanzahl und Materialkosten verringern und wichtige Sicherheitsfunktionen integrieren kann. Es ist zur Entwicklung einer 48-V-Pedelec-Batterie mit maximal 14 Lithium-Ionen-Zellen ausgelegt. Basis sind zwei intelligente Halbleiter zur Zellenüberwachung mit der Bezeichnung AS8506 (Battery Cell Monitor und Balancer). Die Lösung kommt mit nur wenigen externen Bauteilen aus. Beide Chips überwachen die Temperaturen und Spannungen von jeweils bis zu sieben Zellen und sorgen beim Aufladen für einen passiven Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Zellen.

Nur wenige externe Bauteile: Die beiden Bausteine AS8506 übernehmen alle Batterieüberwachungs- und Ladungsausgleichsfunktionen ohne dedizierten Mikrocontroller.
(Bild: ams)

Zum Vergleich: Herkömmliche Batteriemanagementsysteme (BMS) in Pedelecs messen die Zellenspannungen und Zellentemperaturen mithilfe von Spannungsüberwachungs-ICs ohne lokale Intelligenz und übertragen die gemessenen Daten über eine serielle Kommunikationsverbindung an einen dedizierten Batteriemanagement-Mikrocontroller. Dieser übernimmt dann die nötigen Sicherheits- und Schutzfunktionen (Über- und Unterspannungsschutz, Übertemperaturabschaltung) und die Steuerung des Ladungsausgleichs.

Beim Referenzdesign von ams übernimmt diese Funktionen die interne Logik des AS8506. Sie lässt sich entsprechend der Anwendung konfigurieren; alle Konfigurationsdaten werden danach in einem internen OTP-Speicher abgelegt. OTP steht für One Time Programmable und bedeutet das der Speicher (PROM) einmalig beschreibbar ist.

Der Battery-Stack-Monitor-IC AS8506 enthält auch die für den passiven Ladungsausgleich benötigten MOSFETs. Während des Ladens werden die Spannungen sämtlicher Zellen mit einer vom Anwender programmierten Referenz-Schwellenspannung verglichen. Zellen, deren Spannung den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, werden über den MOSFET so weit entladen, bis sie die Schwellenspannung erreicht haben und dann wieder geladen, bis die Batterie voll ist; der maximale Entladestrom beträgt 100 mA.

Mit dieser Architektur, bei der die Batterieüberwachungs- und Ladungsausgleichsfunktionen vom IC AS8506 übernommen werden, entfällt ein dedizierter Mikrocontroller, wie er bei herkömmlichen Pedelec-Batterie-Designs aber notwendig ist. Wenn ein AS8506 einen Überspannungs-, Unterspannungs- oder Übertemperaturzustand erkennt, sendet er ein Interrupt-Signal an den Motorsteuerungs-IC des Pedelecs und löst die Sicherheitsabschaltung aus.

Das Referenzdesign ist auf alle Pedelec- oder e-Bike-Batterien mit bis zu 14 Zellen anwendbar. Bei Bedarf lässt es sich durch mehrere AS8506 in einer Daisy-Chain-Anordnung für Batterien mit mehr als 14 Zellen erweitern. Die Referenzdesign-Dateien stellt ams auf Anfrage zur Verfügung.

(ID:42624804)