Lademanagement Worauf es bei der Auswahl von Lade- und Schutzschaltungen für Lithium-Ionen-Akkumulatoren ankommt

Lithium-Ionen-Akkus sind beliebte Stromspeicher in vielen mobilen Anwendungen. Worauf aber kommt es bei der Auswahl geeigneter Lade- und Ladeschutzschaltungen für Lithium-Ionen-Akkus konkret an und wie lässt sich ein Maximum an Sicherheit und Zuverlässigkeit realisieren?

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ACTRON AG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Texas Instruments Deutschland GmbH

Der Einsatz der Li-Ion-Akkutechnologie in Consumer-Anwendungen ist hinlänglich erschlossen, und Ladelösungen können mittlerweile deutlich mehr, als lediglich einen Akku mit konstanter Spannung und konstantem Strom zu laden. Gängige Lademanagement-Schaltungen müssen heute vielfältige Schutzfunktionen wahrnehmen – vom Eingangsüberspannungs- und -überstromschutz bis hin zum Batterieüberspannungsschutz. Um verschiedenen Schnittstellen- und Ladestandards gerecht zu werden und die Einsatzfähigkeit elektronischer Geräte bei allen möglichen Akku-Zuständen zu gewährleisten, sind ein dynamisches Eingangsmanagement und Power-Path-Management erforderlich.

Universelle Stromversorgungsschnittstellen sind gefragt

Mobile Endgeräte wie Mobiltelefone, Audio/Video-Abspielgeräte oder Navigationssysteme wurden in der Vergangenheit meist mit einer eigenen Stromversorgung mit festen Spannungs- und Stromcharakteristika und einem speziellen Stecker ausgeliefert. So sollte verhindert werden, dass der Benutzer nicht zugelassene Stromversorgungsquellen verwendet oder die Stromversorgung falsch anschließt. Im Zuge des Trends zu immer größerer Energieeffizienz fordern Konsumenten und Normierungsgremien mittlerweile jedoch universelle Stromversorgungsschnittstellen, mit deren Hilfe sich Endgeräte verschiedener Hersteller mit genormten Netzadaptern oder USB-Anschlüssen nutzen lassen.

Zusätzliche Schutzmechanismen sind notwendig

Für Entwickler von Stromversorgungslösungen ist dies eine große Herausforderung, denn nun bestimmt der Benutzer, was er an sein Gerät anschließt. Das macht zusätzliche Schutzmechanismen vor der Ladeschaltung notwendig, damit das System vor unerwünschten Spannungs- und Stromzuständen geschützt ist und teure Schäden an den Endgeräten vermieden werden. Noch wichtiger ist freilich, dass potenzielle Sicherheitsrisiken für den Endbenutzer ausgeschaltet werden.

Zahlreiche Eingangsspannungszustände sind abzudecken

Da die Schutzschaltung eine Vielzahl unbekannter Größen berücksichtigen muss, gilt es zahlreiche verschiedene Eingangsspannungszustände abzudecken und gleichzeitig sicherzustellen, dass das Gerät innerhalb der festgelegten Grenzwerte geladen wird. Praktische Beispiele sind das Laden via USB-Anschluss, wie es die chinesischen Vorgaben zu einem einheitlichen Ladegerät-Standard vorsehen, oder über kostengünstige ungeregelte Steckernetzteile. Diese können zeitweilig Leerlaufspannungen von mehr als 10 V aufweisen, wobei das Lademanagement-System trotzdem bis zu diesem Schwellenwert laden können muss. Damit ergeben sich bestimmte Anforderungen für die Schutzschaltung am Eingang wie am Ausgang.

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