Akku Robuster Batteriezellen-Controller für funktionale Sicherheit und Kostenkontrolle

Freescales Batteriezellen-Controller ist für Automotive- und Industrieanwendungen wie 48-V-Batteriepacks, Hybrid- und Elektrofahrzeuge, E-Bikes und Energiespeichersysteme geeignet. Er erfüllt ASIL-C.

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Heitec AG

ROHM Semiconductor GmbH

TRACO ELECTRONIC GMBH

Freescale Semiconductors

In einem einzigen 64-Pin QFP-Gehäuse hat Freescale den Batteriezellen-Controller MC33771 mit vierzehn Transistoren für den Zellausgleich, einem Stromsensor mit ±0,5% Genauigkeit vom Milliampere- bis zum Kiloampere-Bereich und einem 2 Mbit/s schnellen Kommunikationstransceiver-Interface integriert.

Zusammen mit dem dazu passenden MC33664-Baustein, einem isolierten Kommunikationsinterface, sorgt er in 48 V Batteriesystemen für ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit und Leistungsstärke. Obendrein ist eine Skalierung bis über 1000 Volt problemlos möglich und auch wirtschaftlich.

Die in der Lösung integrierten Diagnosefunktionen helfen dabei, Batteriepacks in Automobiltechnik und Industrie vor Störfällen zu schützen, und der Transformator-gekoppelte isolierte High Speed-Transceiver macht teure isolierte CAN-Busse, wie sie sonst für ASIL-C benötigt werden, überflüssig. In Summe machen diese Funktionen die Lösung bestens geeignet für ein breites Spektrum von Automotive- und Industrieanwendungen wie 48-V-Batteriepacks, Hybrid- und Elektrofahrzeuge, E-Bikes und Energiespeichersysteme.

Auto- und Industriebatterien müssen angesichts neuer, erfolgsentscheidender Applikationen immer mehr leisten. Wenn man sichere Betriebsbedingungen gewährleisten will, muss man Probleme wie Überladung, Überhitzung, interne Kurzschlüsse oder Überlasten beherrschen können. Grundvoraussetzung dafür ist, dass der Batteriezellen-Controller präzise und zuverlässige Diagnosedaten zum Zustand der Batterie liefern kann, indem er die Zellenspannungen und deren Unterschiede, Temperaturen und Ströme mit hoher Genauigkeit misst.

Ähnlich wichtig ist es, diese Informationen schnell und akkurat vom Batteriezellen-Controller zum übergeordneten Controller zu kommunizieren, der die Sicherheit der Batterie auf Systemebene kontrolliert und sicherstellt, dass das volle Energiepotenzial der Batterie auch wirklich genutzt werden kann.

“Freescales Systemansatz für das Batteriemanagement und die Verhinderung von Ausfällen und Gefahrensituationen spiegelt sich in der umfangreichen Integration und Robustheit unseres neuen Batteriezellen-Controllers wider,” erklärte James Bates, Senior Vice President und General Manager der 'Analog & Sensors Group' im Hause Freescale. “Dieser neue Batteriezellen-Controller unterstreicht einmal mehr Freescales Expertise in der Automobiltechnik und das langjährige Knowhow bei der Realisierung zuverlässiger, hoch integrierter und leistungsstarker Lösungen, die dazu beitragen, die Kosten für die Umsetzung strenger Sicherheitsanforderungen zu reduzieren.”

Im MC33771 integriert finden sich viele wichtige Funktionen, die für das Management eines einzelnen 48-V-Batteriepacks unabdingbar sind, einschließlich der Möglichkeit, Ströme und Spannungen auf 2 Millivolt genau innerhalb von 65 µs zu messen. Die Anforderungen nach ISO 26262 ASIL-C lassen sich so sehr viel leichter erfüllen. Integrierte funktionale Verifikation und Fehlerdiagnose gewährleisten die Konformität zum funktionalen Sicherheitsstandard ISO 26262 ASIL-C, ohne dass dafür externe Bauteile benötigt würden.

Für Systeme mit höheren Spannungen kommuniziert der integrierte Daisy Chain Differenzialtransceiver mit bis zu 2 Mbit/s. Anstatt teurer isolierter CAN-Busse sorgt die robuste, mit einem Transformator realisierte Isolation für eine Spannungsfestigkeit bis zu 3750 V. Der MC33664 wird über die gleiche Transformator-gekoppelte Isolation direkt mit der Dual SPI-Schnittstelle der System-MCU verschaltet. Die Batteriezellen-Controllerlösung von Freescale bietet für Batteriepacks nach ASIL-C erstklassige Leistungsdaten bei deutlich geringeren Systemkosten und einer robusten Systemisolation.

Im Zusammenspiel mit dem isolierten Kommunikationsbaustein MC33664 sorgt der MC33771 von Freescale dafür, dass unterschiedlichste Batteriearchitekturen optimale Lebenszyklen durchlaufen. Er arbeitet sowohl mit zentralen oder verteilten CAN- als auch dezentralen Daisy Chain-Topologien. Der

Batteriezellen-Controller wartet mit robusten und sicheren Hochgeschwindigkeits-Daisy Chain-Kommunikationsfunktionen auf, die als Ersatz für teure isolierte CAN-Busse dienen. Da der Baustein als Alternative für CAN-basierte Lösungen dienen kann, können lokale Mikrocontroller, Spannungsregler und isolierte CAN-Layer innerhalb der Batterie entfallen - die Lösung wird preisgünstiger, und der Entwicklungsaufwand sinkt.

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