Mark Vitunic, Design Section Leader im Boston Design Center von Linear Technology: „DIe Qualität der Akku-Zellen ist in realen Umgebungen oft schlechter als gedacht. Dagegen hilft aktives Balancing.“

Mark Vitunic, Design Section Leader im Boston Design Center von Linear Technology: „DIe Qualität der Akku-Zellen ist in realen Umgebungen oft schlechter als gedacht. Dagegen hilft aktives Balancing.“Linear Technology

Ohne Cell-Balancing bestimmt in einem Mehrzellen-Akku die schwächste Zelle, welche Kapazität das Gesamtsystem hat. Da die einzelnen Zellen unterschiedlich altern, kann man selbst mit einer Selektion nicht auf Dauer sicherstellen, dass alle Zellen die identische Kapazität aufweisen. Bei geringen Unterschieden oder bei kleinen Akkus genügt es eventuell, mit einer passiven Balancing-Lösungen die Zellen anzugleichen und durch zusätzliche Zellen für ausreichend Kapazität zu sorgen. Das untere Ladungs-Limit der schwächsten Zelle bestimmt aber weiterhin die Gesamtkapazität. Bei Traktionsbatterien in Elektro- und Hybridfahrzeugen gilt es aber, den Akku maximal zu nutzen. Hier ist aktives Balancing gefragt, das aus den Ladung aus Zellen mit normaler oder überdurchschnittlicher Kapazität zu solchen mit unterdurchschnittlicher Kapazität überträgt und so alle Zellen in einen vergleichbaren Ladezustand bringt. Durch die Umverteilung von Ladung zwischen den Zellen kompensiert der LTC3300-1 die durch die schwächsten Zellen verursachten Kapazitätsverluste, zudem beschleunigt er das Laden und verlängert die Standzeit der Batterie.

Der LTC3300-1 ist ein bidirektionaler Mehrzellen-Balancer mit hohem Wirkungsgrad.

Der LTC3300-1 ist ein bidirektionaler Mehrzellen-Balancer mit hohem Wirkungsgrad.Linear Technology

Linear Technologie positioniert den LTC3300-1 als Schlüsselkomponente in einem Hochleistungs-Batteriemanagementsystem (BMS) für Batterien aus mehreren, in Serie geschalteten Li-Ion- oder LiFePO4-Zellen. Das Bauteil fungiert als fehlergeschütztes Controller-IC für Transformator-basiertes, bidirektionales, aktives Balancing. Der Controller basiert auf einer nicht-isolierten, bidirektionalen Synchron-Sperrwandler-Topologie und kann bis zu sechs in Serie geschaltete Zellen managen. Ladung kann er zwischen einer ausgewählten Zelle und 12 oder mehr benachbarten Zellen verschieben. Alle Balancer können voneinander unabhängig und simultan arbeiten und unterstützen Lade-/Entladeströme bis 10 A. Der bidirektionale Betrieb und das simultane Balancing minimieren den Zeitbedarf für den Ladezustandsausgleich, und die hohe Übertragungseffizienz (bis 92 Prozent) ermöglicht Balancing mit hohen Strömen bei minimaler Verlustleistung.

Die einzelnen Balancer lassen sich in Serie schalten, ohne Optokoppler oder Isolatoren zu verwenden. Die kaskadierbare Architektur des Bauteils mit verschachtelten Transformatorverbindungen ermöglicht effizientes Balancing sämtlicher Zellen in einer beliebig langen Kette (>1000 V) von in Serie geschalteten Batterien. Der Chip enthält alle benötigten Funktionsblöcke, zum Beispiel Gate-Treiberschaltungen, hochgenaue Strommessschaltungen, Fehlerschutzschaltungen und eine robuste serielle Datenschnittstelle mit integriertem Watchdog-Timer und CRC-Fehlererkennung (Cyclic Redundancy Check).

Sam Nork gründete und leitet heute das Analog-IC-Design-Center in Boston: „Mit aktivem Balancing kann man beim Akku sparen.“

Sam Nork gründete und leitet heute das Analog-IC-Design-Center in Boston: „Mit aktivem Balancing kann man beim Akku sparen.“Linear Technology

Der LTC3300-1 besitzt ein thermisch optimiertes SMT-Gehäuse in den Bauformen QFN oder LQFP. Ersteres ist 0,75 mm flach, beide sind 48-polige und 7 x 7 mm2 groß. Die für den Sperrschichttemperaturbereich von -40 bis +125 °C spezifizierte I-Grade-Version ist in beiden Gehäusebauformen erhältlich.

Die wichtigsten Leistungsmerkmale

  • Bidirektionales Synchron-Flyback-Balancing von bis zu sechs in Serie geschalteten Li-Ion- oder LiFePO4-Zellen
  • Bis zu 10 A Balancing-Strom (wird durch externe Bauteile vorgegeben)
  • Bidirektionale Architektur minimiert den Zeitbedarf fürs Balancing und die Verlustleistung
  • Bis zu 92 Prozent Ladungsübertragungseffizienz
  • Kaskadierbare Architektur ermöglicht Systeme mit Spannungen von über 1.000 V
  • Es genügen einfache Transformatoren mit zwei Wicklungen
  • Serielle 1-MHz-Schnittstelle mit 4-Bit-CRC-Paketfehlererkennung, Unterstützung für Daisy-Chain-Konfigurationen
  • Serielle Kommunikation mit hoher Störfestigkeit
  • Zahlreiche Fehlerschutzfunktionen
  • 48-poliges, 7 x 7 mm2 großes QFN- oder LQFP-Gehäuse mit freiliegendem Pad