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bATTERIEN | aKKUS | lADESYStEME 01-02 2021 Elektronik automotive 17 Kette aus CSCs Bild 2 In der BMU laufen die Messwerte jeder einzelnen Batteriezelle zusammen Daraus ermittelt die BMU den Batteriestatus mithilfe spezieller Verfahren wie der Impedanzspektroskopie und stellt Zustandswerte wie den Ladezustand State of Charge SoC und den Alterungszustand State of Health SoH fest Für die Messung der Zellspannungen werden die CSCs eingesetzt Die Lithium-Ionen-Zellen an einem CSC bilden einen Block Dieser wird als Gesamtheit und jede Zelle für sich von einem Balancing-IC wie dem TLE9012AQU von Infineon überwacht und gesteuert Der Baustein kann maximal zwölf Lithium-Ionen-Zellen überwachen Der IC misst parallel jede einzelne Zellenspannung und verwendet dazu zwölf Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer ADCs mit maximal 16 bit Auflösung Alle Zellspannungen werden zeitgleich also synchron mit großer Präzision gewandelt Infineon spezifiziert eine Messgenauigkeit von + -2 mV bei Raumtemperatur und eine Langzeitstabilität von + -5 mV über die gesamte Temperatur und Lebensdauer Ermöglicht werden diese langfristigen und Bild 1 Batterie-Managementsystem mit Batterieüberwachungsund Zell-Balancing-IC TLE9012AQU von Infineon Bild Infineon Bild 2 Blockschaltung des BMS mit Battery-Management-Unit BMU und Cell-Supervisory-Circuits CSC Bild Infineon engen Toleranzwerte durch Temperaturkompensation und den Einsatz eines Stresssensors auf dem Chip Der Stresssensor hilft bei der Kompensation von Einflüssen durch das Verlöten und durch mechanische Belastungen auf der Platine Bei einer sehr genauen 16-bit-Messung für ein System mit 100 Zellen kann eine Abtastrate von 10 ms verwendet werden trotz gleichzeitiger Ausführung von Diagnose und sicherheitsrelevanter Aufgaben Als weiteres Sicherheitsmerkmal des TLE9012AQU und deshalb unabhängig von den Sigma-Delta-ADCs überwachen zwölf Komparatoren jede einzelne Zelle auf Unteroder Überspannung Die Schwellwerte dafür sind über einen Digital-Analog-Wandler mit eigener Referenzspannungsquelle per Software einstellbar Ein weiterer Sigma-Delta-ADC wandelt die Blockspannung über allen Zellen an einem TLE9012AQU Sind alle Spannungsmessungen in Ordnung stimmt der gemessene Spannungswert über dem Block mit der Summe der erfassten Zellenspannungen des Blocks überein Dieser zyklisch wiederkehrende Spannungsvergleich wird von der Komponente für Diagnosezwecke ausgewertet Der Batterieüberwachungsund ZellBalancing-IC ist robust und übersteht die Kontaktierung an die geladenen Zellen Hot-Plugging ohne zusätzliche Schutzbeschaltung durch Zenerdioden Ladungsausgleich auf Zellebene Beim passiven Balancing wird einer Zelle mit Ladevorsprung per Halbleiterschalter zum Beispiel einem integriertem N-Kanal-MOSFET ein Widerstand zeitweilig parallelgeschaltet Dadurch überlagert sich der Entladestrom dem Ladestrom so lange bis die anderen Zellen aufgeholt haben Dafür besitzt der TLE9012AQU integrierte Schalter mit einer Strombelastbarkeit von 150 mA pro Zelle Alle Zellen lassen sich gleichzeitig balancieren Reicht das nicht aus dann kann der IC auch externe MOSFETs mit höherer Belastbarkeit ansteuern