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Linear Technology stellt verbesserten Überwachungs-IC vor

Hochspannungsbatterien auf Zellenebene präzise analysieren

18. April 2011, 13:11 Uhr | Willem Ongena

Der LTC6803 kann zwölf Akkuzellen im Quasi-Simultanbetrieb überwachen. Weil er beliebig kaskadierbar ist, kann man mit seiner Hilfe sich auch Hochspannungsbatterien optimal betreuen.

Ein neuartiges Überwachungskonzept von Linear Technology ermöglicht die Überwachung aller einzelnen Zellen in nahezu unbegrenzt langen Batterieketten. Besonders in Hybrid- und Elektrofahrzeugen dürfte es Anwendung finden.

Kernstück des Konzeptes ist der IC LTC6803. Es handelt sich um eine komplette, integrierte Batterie-Messschaltung einschließlich 12-Bit-A/D-Wandler, Präzisionsspannungsreferenz, Hochspannungs-Eingangsmultiplexer und serieller Schnittstelle. Jeder LTC6803 kann bis zu zwölf in Serie geschaltete Batteriezellen überwachen. Das Besondere an diesen ICs ist es, dass man mehrere davon in Serie schalten kann, um jede Zelle in einer langen Kette von kaskadierten Batterien einzeln zu überwachen; hierfür werden jedoch weder Optokoppler noch sonstige Isolatoren benötigt. Der LTC6803 ist der Nachfolger des LTC6802, der im September 2008 auf den Markt kam. Er bietet die gleiche Funktionalität und das gleiche Anschlussbild wie sein Vorgänger, ist dabei aber, dank neuer Funktionen und Eigenschaften, wesentlich leistungsfähiger.

Überwachungs-IC LTC6803 von Linear Technology

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Viel Neues unter der Sonne

Neu sind folgende Funktionen und Eigenschaften:

12 µA Stromaufnahme in Bereitschaft. Beim Vorgänger waren es noch 60 µA.
Der Baustein verfügt über einen Hardware-Shutdown-Mode, in dem die Stromaufnahme weniger als 1 µA beträgt. Die Verbindung zur Versorgungsspannung (Batteriespannung) ist dabei unterbrochen. Das ist jetzt möglich, weil der Betriebsspannungseingang des LTC6803 gegenüber dem Batteriestapel isoliert ist; dadurch ist es möglich, den LTC6803 aus einer unabhängigen Spannungsquelle zu speisen.
Der LTC6803 verträgt Gleichspannungen bis 75 V. Beim LTC6802 lag die Grenze der Belastbarkeit bei 60 V.
Der neue IC ist für ISO-26262- (ASIL) konforme Systeme konzipiert und bietet umfangreiche Eigentests, die sicherstellen, dass keine latenten Fehler vorhanden sind. Dazu gehört unter anderem dass es für die Messung der Spannung jetzt einen eigenen Eingang gibt, so dass die Zellenspannung direkt und unverfälscht abgegriffen werden kann. Es steht außerdem eine zweite Referenzspannung zur Verfügung, so dass die Möglichkeit besteht interne Fehler aufzuspüren. On-Chip befindet sich zudem eine umfangreiche Logik-Testschaltung, eine Schaltung zur Erkennung von Leitungsunterbrechungen und einen Watchdog-Timer für eigensichere Designs.
Der Messbereich ist höher als bisher: Die Zellenspannung darf jetzt zwischen -0,3 V und +5 V liegen.
Die Verkettung der Einzel-ICs findet über eine SPI-Leitungskette (Daisy Chain oder adressierbar) statt, die besonders rauschunempfindlich ist. Das ist bei der Ladung von Hochspannungsketten sehr wichtig, weil hierbei oft steile Schaltflanken und hohe Spannungsdifferenzen auftreten. Die Störspannung zwischen den Einzel-ICs darf (bei 10 kHz) über 20 V liegen und es sind Flankensteilheiten von mindestens 30 V/µs zulässig.
Der Baustein kann nicht nur Lithium-Ionenzellen sondern auch NiMH-Zellen und Supercaps überwachen.
Der LTC6803 ist für das Temperaturfenster von -40 °C und +125 °C voll spezifiziert. Das heißt, dass auch der maximale Messfehler nie mehr als 0,25 Prozent beträgt. Das ist vor allem deshalb wichtig, weil die Spannungskurve einer Lithium-Ionen-Zelle über einen sehr weiten Bereich sehr flach ist. Mann muss, um den Ladezustand ausreichend präzise zu ermitteln, auch kleine Spannungsdifferenzen ausreichend genau messen können. Der maximale Messfehler von 0,25 Prozent entspricht einer Spannung von etwa 10 mV.
Der Baustein ist in vier Varianten lieferbar, von den zwei anschlusskompatibel zum LTC6802 sind. Allerdings sind die Bausteine (allein schon wegen der unterschiedlichen Funktionen) nicht softwarekompatibel. Ein Umstieg ist aber immer möglich. Und der Aufwand für die Software-Anpassung ist nach Auskunft von Linear Technology gering.