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Batteriemanagementsystem: Höchste Genauigkeit und höchstes Sicherheitsniveau

Fortsetzung des Artikels von Teil 2.

Texas Instruments

Bröckelmann Bildquelle: © Markt&Technik

Uwe Bröckelmann, Analog Devices: »ADI hat mit seinen Bausteinen der LTC68xx-Familie durch die Integration einer höchstgenauen Referenz und einer sehr hohen A/D-Wandlungsgenauigkeit über Zeit, Temperatur und Lebensdauer die genauste Lösung im Markt. Mit dem LTC2949 wird in Kürze ein solches System auch um eine zeitsynchrone Strom- und Spannungsmessung ergänzt.«

Die ICs können für alle gängigen Zusammensetzungen für Lithiumzellen verwendet werden, einschließlich Li-Ionen-CoO2, Li-Ionen-Mn2O4 und Li-Ionen-FePO4 (Lithium-Ionen-Kobalt, Mangan und Eisensulfat). Sie verfügen über eine integrierte Fehlererkennung für alle wichtigen integrierten Funktionen, erkennen aber auch externe Fehler wie offene Kabelenden, Über-/Unterspannung sowie Temperatur- und Zellausgleichsfehler, um Ausfälle des Batteriepacks zu minimieren.

Lyne abschließend: »Aufgrund der potenziell schwierigen Umgebung, in der MCB-ICs eingesetzt werden, muss das Leiterplatten-Layout optimiert werden, um das EMV/EMI-Verhalten und die Transienten-Immunität zu optimieren. Das gilt nicht nur für unsere Bauteile, sondern auch für MCB-Komponenten von anderen Herstellern.

Texas Instruments

Aus der Sicht von Jon Beall, Marketing Manager Battery Management Systems bei Texas Instruments, gibt es drei Hauptbereiche, in denen die Anforderungen an Batteriemanagementsystemen am größten sind:

  • Funktionale Sicherheit: »Die führenden OEMs der Welt fordern von unseren Produkten, dass sie den ASIL-D-Standard unterstützen, und das sind gute Nachrichten für TI«, so Beall weiter. Der neueste IC von TI, der BQ79606A-Q1, wurde im Mai 2019 vorgestellt. Dabei handelt es sich um einen Batteriewächter und Balancer, bei dem die Batterieüberwachung in einer Daisy-Chain-Konfiguration für 3 bis 378 in Serie geschaltete Lithium-Ionen-Akkusätze mit Spannungen von 12 V bis 1,5 kV implementiert ist. Der Baustein ist SafeTI-26262-ASIL-D-konform für die Funktionen Spannungsüberwachung, Temperaturüberwachung und Kommunikation.
  • Robuste Kommunikation: »In diesen besonders verrauschten Umgebungen mit Störungen wie Inverter-Rauschen oder DC/DC-Rauschen müssen unsere Lösungen sehr robust sein, um eine einwandfreie Kommunikation in Gegenwart dieser Rauschquellen zu gewährleisten«, erklärt Beall.
  • Kosten auf Systemebene: Kosten spielen im Automotive-Bereich immer eine wichtige Rolle, so auch im Batteriemanagementsystem. Das habe zur Folge, dass »die Kunden Produkte wollen, die nur minimal viele externe Komponenten benötigen«, so Beall. Damit lassen sich nicht nur die Gesamtsystemkosten senken, sondern auch die Größe.

Aus seiner Sicht differenziert sich TI gegenüber dem Wettbewerb in drei Punkten:

  • TI unterstützt die Auswertung der echten DC-Zellenspannung und hilft Kunden, den SOC und SOH von Akkupacks gut zu berechnen. »Das Problem ist, dass heute im System viel Rauschen auftritt, sodass viele Überwachungsbausteine der Konkurrenz am Ende nur genau dieses Rauschen, also das Systemrauschen erfassen statt die tatsächliche DC-Zellenspannung. »TI hat einen integrierten digitalen Tiefpassfilter, der Rauschen für Eckfrequenzen bis zu 1,2 Hertz herausfiltert, um die tatsächliche DC-Zellenspannung genau zu ermitteln«, so Beall weiter.
  • TI unterstützt mit der ASIL-D-Erfüllung das höchste Sicherheitsniveau bei der Spannungsüberwachung, Temperaturüberwachung und bei Kommunikationsfunktionen.
  • Beall: »TI ermöglicht gleichzeitige Zellspannungsmessungen über einen kompletten 96S- oder 192S-Stapel, sodass Kunden Strommessungen für hochgenaue SOC- und SOH-Berechnungen synchronisieren können.«

Beall ist überzeugt, das sich mithilfe eines BMS auf Basis des BQ79606A-Q1 die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Zellen in Akkupacks durch passives Balancing verlängern lässt. Beall abschließend: »Das BMS ermöglicht es batteriebetriebenen Elektromaschinen, kleinere Akkupacks und weniger Ladezyklen zu verwenden, um den gleichen Arbeitsaufwand zu leisten. Es verbessert auch die Gesamtlebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien, indem es Unter- und Überspannungsschäden verhindert.«