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Batteriemanagementsystem: Höchste Genauigkeit und höchstes Sicherheitsniveau

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Infineon Technologies. Maxim und Renesas

Tamer_Kira Bildquelle: © Maxim Integrated

Tamer Kira, Maxim Integrated: »Maxim ist das einzige Unternehmen, das ein Sicherheitsniveau nach ASIL D für Kommunikation, Spannung, Temperatur und Strom ermöglicht, ohne dass dafür zusätzliche Komponenten und Kosten notwendig sind.«

Martin Gleich, Senior Manager Marketing and Business Development Powertrain in der Automotive Division bei Infineon Technologies, verweist auf die Tatsache, dass Infineon führender Halbleiteranbieter für die Elektrifizierung von Fahrzeugen ist. Dementsprechend böte das Unternehmen auch Komponenten für Batteriemanagementsysteme an. »Dazu gehören insbesondere Überwachungs-ICs und die Mikrocontroller der Aurix-Familie einschließlich der entsprechenden Versorgungsbausteine.« Alle Komponenten unterstützen Funktionen wie Cell-Balancing, Monitoring und Daisy-Chain und entsprechen den Vorgaben der funktionalen Sicherheit. »Zusätzlich arbeitet Infineon an Temperaturmessung, Druckmessung, Strommessung, Coulomb-Zählung, Isolationsmessung, Batterie-Wärmemanagement.« Das Unternehmen arbeite aber auch an halbleiterbasierten Batterie-Hauptschaltern (ab 12/24/48 V bis HV) für den Relaisersatz. Gleich abschließend: »Zu den jüngsten Entwicklungen von Infineon gehört die Masseneinführung der zweiten Generation von Aurix-Mikrocontrollern im ersten Halbjahr 2019.«

Maxim Integrated

»Die Fähigkeit, eine funktionale Sicherheitsstufe von ASIL D mit einer Single-Chip-Lösung zu erreichen, ist in der heutigen BMS-Landschaft ein Muss«, erklärt Tamer Kira, Director of the Automotive Business Unit bei Maxim Integrated. Deshalb sind Diagnose- und interne Überwachungssysteme notwendig, um sicherzustellen, dass das System gut funktioniert.

Auch Kira bestätigt, dass sich der Automotive-Markt ganz klar für ein passives Balancing entschieden hat. Denn dank der Verbesserungen der Batterietechnologie seien geringere Ausgleichsströme notwendig und ein aktives Balancing kann seine Hauptvorteile nur bei hohen Ausgleichsströmen ausspielen. Darüber hinaus reduziere ein aktives Balancing die Auswirkungen schwacher Zellen auf das System und verlängere die Lebensdauer der Zellen. Aber: »Aktives Balancing ist teuer und erfordert einen höheren Halbleiteranteil und eine größere Stückliste. Passives Balancing ist nicht so effizient, dafür aber viel kostengünstiger«, so Kira weiter.

Für die Berechnung von SOC (State of Charge) und SOH (State of Health) seien genaue und zeitnahe Spannungs-, Temperatur- und Strommessungen wichtig. Kira ist überzeugt, dass Maxim hier entscheidende Vorteile aufweisen kann, da »das Unternehmen den einzigen IC auf dem Markt hat, der ASIL D für alle drei Werte – Spannung, Temperatur und Strom – mit branchenführender Genauigkeit ermöglicht.«

Renesas Electronics

Renesas Electronics setzt bei Batteriemanagementsystemen auf den ISL78610 mit passivem Balancing. Dabei handelt es sich laut Niall Lyne, Senior Director für Product Marketing & Applications und Automotive Power Products bei Renesas Electronics, um ein Batterieüberwachungs-IC für bis zu zwölf Zellen, der entweder im Standalone-Modus als primärer Management-IC fungiert oder als Backup-IC in Verbindung mit dem Batteriemanagement-IC ISL78600 eingesetzt wird, wenn höhere ASIL-Anforderungen erfüllt werden müssen.

Aus Lynes Sicht müssen bei der Auswahl eines Batteriemanagement-IC die erforderlichen Leistungs- und Sicherheitsziele sorgfältig beachtet werden. Die Leistung wird im Wesentlichen durch drei wichtige Funktionsblöcke im IC bestimmt: analoges Front-End, Präzisionsreferenz und A/D-Wandler. »Die Leistungsfähigkeit dieser Funktionsblöcke hat einen direkten Einfluss auf die Genauigkeit und Stabilität über der Temperatur, was sich wiederum in einer genauen Messung der verfügbaren Energie aus einem Batteriepack und der gesamten Lebensdauer des Batteriepacks widerspiegelt«, so Lyne.

Die in den 12-Kanal-MCB-ICs ISL78600 und ISL78610 eingesetzte Daisy-Chain-Kommunikation zeichnet sich laut seiner Aussage durch eine sehr gute Transienten-Immunität und eine branchenweit führende EMV-/EMI- und Hot-Plug-Festigkeit aus, »die von mehreren Kunden unabhängig voneinander bestätigt wurde«, so Lyne weiter. Bis zu 14 Bausteine können kaskadiert werden. Außerdem ist die Genauigkeit und Langzeit-Drift stabil über den Temperatur- und Spannungsbereich. Wobei Lyne noch darauf verweist, dass die Leistungsparameter nicht auf Bausteinebene, sondern auf der Leiterplatte gemessen und charakterisiert werden, wenn sie das Werk verlassen. Und dank des voll differenziellen AFE ist auch die Messung negativer Eingangsspannungen möglich, ohne die Messung benachbarter Zellen zu beeinträchtigen, was in Systemen von Vorteil ist, in denen eine „Bus Bar“-Verbindung erforderlich ist.

Renesas Electronics Bildquelle: © Renesas Electronics

Kaskadierte ISL78610-Zellüberwachung und ISL78600 Zellmanagement-ICs