Ladetechnologien Einfacher Ladungsausgleich bei Lithium-Ionen-Stacks und Superkondensatoren

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Der Zellenüberwachungs-IC AS8506 von ams macht komplexe Software und leistungsstarke Remote-Controller in Batteriezellen-Managementsystemen von Hybrid- oder Elektroautos überflüssig und kann auch ganz ohne Controller betrieben werden.

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Der Zellenüberwachungs-IC AS8506 von ams macht komplexe Software und leistungsstarke Remote-Controller in Batteriezellen-Managementsystemen von Hybrid- oder Elektroautos überflüssig und kann auch ganz ohne Controller betrieben werden.
Der Zellenüberwachungs-IC AS8506 von ams macht komplexe Software und leistungsstarke Remote-Controller in Batteriezellen-Managementsystemen von Hybrid- oder Elektroautos überflüssig und kann auch ganz ohne Controller betrieben werden.
(Bild: ams)

Der AS8506 stellt alle Funktionen bereit, die für verteilte Zellenüberwachung und für das Balancing von Zellen-Stapeln benötigt werden, einschließlich Safe-Operating-Area- (SOA) Überwachung und passivem oder aktivem Zellen-Balancing. Der Chip eignet sich für Lithium-Batterien aller Art, also auch solche in Hybrid- oder Elektroautos, sowie für EDLCs (Supercaps/Ultracaps).

Komplettes Zellenmanagementsystem ohne Hochleistungs-Host-Controller

Der AS8506 entscheidet lokal darüber, welche Zellen ausbalanciert werden müssen – ein komplexer, von einer MCU ausgeführter Algorithmus ist hierfür nicht mehr nötig. Der Chip ermöglicht es, ein komplettes Zellenmanagementsystem ohne Hochleistungs-Host-Controller, komplexe Software und fehleranfällige serielle Busse zu realisieren.

Vergleicht Zellenspannungen mit Referenzspannung

Eine hochentwickelte Analogschaltung im AS8506 vergleicht bis zu 1 mV genau sieben Zellenspannungen mit einer internen oder externen Referenzspannung.
Eine hochentwickelte Analogschaltung im AS8506 vergleicht bis zu 1 mV genau sieben Zellenspannungen mit einer internen oder externen Referenzspannung.
(Bild: ams)
Eine hochentwickelte Analogschaltung im AS8506 vergleicht bis zu 1 mV genau sieben Zellenspannungen mit einer internen oder externen Referenzspannung. Der Chip bietet außerdem die Möglichkeit, intern oder extern Ober- und Untergrenzen für die Zellenspannung vorzugeben. Zellenspannungen können außerdem mit einer Genauigkeit von typisch 5 mV digitalisiert und an den Host-Controller gemeldet werden. Der AS8506 kann passives oder aktives Zellen-Balancing völlig autonom durchführen, bei Bedarf aber auch über die SPI-Schnittstelle von einem Controller gesteuert werden. Für aktives Zellen-Balancing wird außer dem IC nur noch ein externer Flyback-Transformator benötigt. Die Steuerschaltung ist bereits im AS8506 integriert. Unter Verwendung von zwei externen NTC-Sensoren sind auch Temperaturmessungen möglich.

Vollautonome Zellenmanagement-Architektur,

Die vollautonome Zellenmanagement-Architektur, die durch den AS8506 ermöglicht wird, steht in deutlichem Gegensatz zu typischen Systemimplementierungen auf der Basis herkömmlicher Zellenüberwachungs-ICs. Diese messen lediglich nacheinander die Spannungen der einzelnen Zellen und melden diese Daten an einen Host-Controller, der sie dann auswertet. Für Entwickler von Batteriemanagementsystemen bringt dies mehrere Nachteile mit sich:

  • Das System muss große Datenmengen über einen seriellen Bus übertragen, der anfällig ist gegenüber Störsignalen.
  • Es wird ein leistungsfähiger Host-Controller benötigt, auf dem eine komplexe Software läuft, die anhand der Spannungsmesswerte entscheidet, welche Zellen in welcher Weise ausbalanciert werden müssen. Die Entwicklung dieser Software ist schwierig und zeitaufwendig. Die Software muss umfassend getestet werden, damit sie in ISO26262-konformen Systemen eingesetzt werden darf.
  • Sequenzielle Zellenmessungen erfordern komplexe Kompensationsalgorithmen, wenn sie verlässliche Spannungswerte unter Laststrom für sämtliche Zellen eines Stapels liefern sollen. Im Gegensatz dazu erfordern die vom AS8506 gelieferten simultanen Messergebnisse keine Kompensation.

Lokale Zellen- und Temperaturüberwachung

„Der AS8506 markiert einen Durchbruch in der Zellenüberwachung – statt herkömmliche Zellenüberwachungs-ICs graduell zu verbessern, sind wir einen völlig neuen Weg gegangen”, erläuterte Manfred Brandl, Produktmanager für Batteriemanagement-Lösungen bei ams, Geschäftsbereich Automotive. „Durch die lokale Zellen- und Temperaturüberwachung bietet der AS8506 Systementwicklern eine einfache und robuste Lösung für die Implementierung eines Batteriemanagementsystems, das lediglich einen einfachen Mikrocontroller für elementare Systemfunktionen erfordert.”

Muster, Evaluatuion Kits und Balancer Boards

Der AS8506 ist ab sofort in Musterstückzahlen verfügbar. Der Chip ist auch in einer kostengünstigeren, nicht für Automotive-Anwendungen qualifizierten Version mit der Bezeichnung AS8506C verfügbar. Auch voll funktionsfähige Cell Balancer Evaluation Kits auf der Basis des AS8506 sowie aktive und passive Balancer Boards.

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