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18 Trend Guide Stromversorgung & Power Management 2020 www markttechnik de Power Management der Robustheit des Safety-Niveaus und der Zuverlässigkeit So seien die jüngsten Bausteine von Maxim mit FlexPack-Architektur beispielsweise in der Lage Zellspannungen von 0 bis 5 Vund Busspannungen von 2 5 bis +2 5 Vzu überwachen sodass sich die Bausteine für das Management von Niederbis Hochspannungs-Batteriemodulen eignen Das System könne auch eine Kombination von mehreren Temperaturoder Systemspannungsmessungen mit vollständig redundanten Mess-Engines in einigen hunderten Mikrosekunden durchführen oder Messungen an allen Eingängen ausschließlich mit der ADC-MessEngine in etwa 160 μs durchführen Ciaramelletti weiter »Die ICs können zwischen 8 und 14 Zellspannungen überwachen Außerdem verfügen die Bausteine über Ausgleichsschalter für einen Zellenausgleichsstrom von bis zu 650 mA « Die Bausteine mit Diagnosefunktionen können verkettet Daisy Chain werden sodass bis zu 448 Zellen und 192 Temperaturen überwacht werden können »Bausteine der neuesten Generation weisen eine typische Genauigkeit von 0 45 mV auf Sie ermöglichen eine Überabtastung mit anschließender Filterung für eine höhere Störfestigkeit« erklärt Ciaramelletti Die Zellspannungen 2 5 bis +5 Vwerden differenziell über einen Gleichtaktbereich von 65 Vgemessen Wenn die Überabtastung aktiviert ist können bis zu 128 Messungen pro Kanal mit 14 bit Auflösung gemittelt werden »Alle unsere neuen BMS-ICs entsprechen den ASIL-DAnforderungen für funktionale Sicherheit und FMEA-Anforderungen und sind dahingehend auch zertifiziert « Genauigkeit hängt von vielen Parametern ab Ciaramelletti betont noch einmal dass Maxim branchenweit die höchste Genauigkeit biete und zwar auf Zellund auf Stack-Ebene Er macht aber auch geltend dass Genauigkeit kein einfaches Thema sei denn sie ließe sich nicht einfach als Zahl aus dem Datenblatt ablesen Denn für die endgültige Genauigkeit des Batteriemanagementsystems sei nicht nur die Genauigkeit des Bausteins entscheidend sondern noch viele andere Faktoren In diesem Zusammenhang verweist er beispielsweise auf die Temperatur die gemessene Spannung die Eingangsfilterung das Umgebungsrauschen die Abtastgeschwindigkeit Überabtastung die ADC-Architektur Anti-Aliasing-Filterung das Quantisierungsrauschen Veränderungen aufgrund des Lötvorgangs oder während der Lebensdauer »Sie müssen alle bei der Entwicklung berücksichtigt werden um das leistungsfähigste Batteriemanagementsystem zu realisieren« so Ciaramelletti weiter Hardware Reuse Laut Andreas Schlapka Director Product Definition & Marketing for Battery Management Für Carlo M Ciaramelletti Executive Business Manager für Battery Management Systems in der Automotive Business Unit von Maxim ist das BMS der entscheidende Faktor wenn es um die Erweiterung der Reichweite der Fahrzeuge geht Denn ohne BMS würden die unterschiedlichen Eigenschaften der Batteriezellen zu einer deutlich geringeren Reichweite führen als sie heute bereits möglich ist Das BMS verlängert aber auch die Lebenszeit der Batterien was für den Autobesitzer ein großer Vorteil ist denn sonst kämen enorme Kosten für den Austausch auf ihn zu Ciaramelletti kann sich sogar vorstellen dass ohne BMS die E-Mobilität niemals mit der Technologie von Verbrennungsmotoren konkurrieren könnte Das BMS liefere auch einen wichtigen Beitrag zur Safety denn es schütze den Fahrer beziehungsweise ohne BMS wäre »natürlich keine Homologierung durch die zuständigen Behörden möglich« erklärt Ciaramelletti Auch Dr Clemens Müller Director Application Management in der Automotive Division von Infineon Technologies stellt fest dass erweiterte Sicherheitsanforderungen z Bdurch höhere Ladegeschwindigkeiten in Zukunft eine Safety-Qualifikation von derzeit ASIL-Boder -Chin zu ASIL-Derforderlich machen Er erklärt aber auch dass ein genaueres Verständnis der realen Zellzustände zu weiter optimierten Safety-Strategien führen kann »Bestehende Sicherheitsmargen in Bezug auf thermisches Durchgehen oder Über-Unterladung die das Energieprofil der Batterie beeinflussen können weiter verbessert werden und führen zu einer besseren Nutzung der in der Batterie gespeicherten Energie Die Kombinationssicherheit qualifizierter ICs für die Batteriesensorik und -steuerung mit schnell schaltenden Schutzkomponenten ermöglicht es Batteriedesignern das Maximum aus ihren Batterien bei noch höherer funktionaler Sicherheit herauszuholen « Müller fügt noch einen anderen Aspekt hinzu Safety geht nicht ohne Security »Es liegt auf der Hand dass ein unbefugtes Verändern von Kalibrierdaten z Bfür Temperaturoder Ladegrenzen oder die Verwendung von unqualifizierten Ersatzteilen eine HVBatterie leicht zu einem gefährlichen System machen können« so Müller Wobei die Security nicht nur in Hinblick auf Safety wichtig sei fortschrittliche Security Hardware ermögliche auch neue Geschäftsmöglichkeiten z Bgeschützte Protokollierung für PayperUse-Modelle von z Bgeleasten Batterien sowie den Schutz der kritischen Software IP »denn die Algorithmen betreiben die Batterie und machen neben der Zellchemie und dem strukturellen Design den Unterschied aus« so Müller Dass die Anforderungen an die Safety steigen bestätigen auch Andreas Schlapka Director Product Definition & Marketing for Battery Management Systems bei NXP Semiconductors sowie Ivo Marocco Director of Business Development and Functional Safety for Battery Automotive Products bei Texas Instruments Schlapka »Während heute zum Verkauf stehende Elektroautos meist nach dem Standard ISO 26262 ASIL-Cgebaut werden wird die nächste Generation von vollelektrischen Autos den höchsten funktionalen Sicherheitsstandard ASIL-Dverwenden « Und Marocco fügt abschließend hinzu »In Hinblick auf Safety gab es in den vergangenen zwei Jahren einen Wandel indem die OEMs für die Spannungsund Temperaturmessung der Zellen zunehmend ASIL-Dund für die Strommessung ASIL-Cvoraussetzen Dieser Trend wird bei der Systemkommunikation weitergehen besonders wenn sich kabellose BMS-Lösungen durchsetzen Wenn es dazu kommt wird es vorrangig darum gehen wie die Sicherheit der Kommunikation für die drahtlos übertragenen Daten gewährleistet werden kann « st Safety und Security