Li-Ionen- statt Bleisäure-Akkus Batterien mit geringer Zellanzahl optimal vernetzen

Redakteur: Margit Kuther

Herkömmliche Bleisäure-Autobatterien lassen sich künftig durch 14-V-Lithium-Ionen-Batteriepacks ersetzen, die auch die Anforderungen der ISO 26262 ASIL-C erfüllen.

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Batteriezellen-Controller MC33772 von Freescale: geeignet für Lithium-Ionen-Batterien mit 3 bis 6 Zellen
Batteriezellen-Controller MC33772 von Freescale: geeignet für Lithium-Ionen-Batterien mit 3 bis 6 Zellen
(Bild: Freescale)

Freescale präsentiert den Batteriezellen-Controller MC33772 für Lithium-Ionen-Batterien mit 3 bis 6 Zellen und baut damit sein Portfolio hoch integrierter und netzwerkfähiger Lösungen weiter aus.

Dies geht einher mit einer Senkung der Materialkosten, einer Steigerung der Robustheit im Betrieb und der Erfüllung anspruchsvoller Anforderungen an die Funktionale Sicherheit von automobilen und industriellen Batteriesystemen, ohne die das Halbleiter-basierte Internet von morgen nicht möglich wäre.

Zusammen mit dem schon vor geraumer Zeit angekündigten MC33771 für 14 Zellen deckt das Freescale-eigene Portfolio von Batteriezellen-Controllern mit dem MC33772-Baustein jetzt Lösungen von 3 bis 14 Zellen ab.

Das umfangreiche Zellencontroller-Portfolio von Freescale unterstützt die vielfältigsten Batterietypen wie Lithium-Ionen-Phosphat, Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid, Lithium-Titanat und Lithium-Polymer. Kunden können ihre Lösungen auf einfache Weise an die unterschiedlichen Batteriemanagementanforderungen anpassen, ohne neue Investitionen in Forschung und Entwicklung zu tätigen.

Darüber hinaus verfügen die Batteriezellen-Controller von Freescale über modernste Diagnose- und funktionale Verifikationsfunktionen, mit denen sich die Anforderungen der ISO 26262 ASIL-C mit nur einem Chip abdecken lassen.

Li-Ionen-Batterien ersetzen Bleisäurebatterien in Autos

Bleisäurebatterien im Auto werden immer öfter durch Li-Ionen-Versionen ersetzt, um Gewicht zu sparen, die Zuverlässigkeit zu steigern und die Energieeffizienz von Motoren mit Start-Stopp-Systemen und Energierückgewinnungstechnologien zu erhöhen.

Neuerungen in der chemischen Formel machen Li-Ionen-Batterien möglich, die auch bei kalten Temperaturen gut funktionieren und auch für den Anlassvorgang genügend Energie liefern, so dass sie Bleisäurebatterien auch als Starterbatterie verdrängen können.

Die inhärent vorhandenen Themen einer Überladung, Überhitzung oder eines internen Kurzschlusses werden daher in immer höherem Maße von der Elektronik gemeistert.

Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten und ein systembezogenes Batteriemanagement zu ermöglichen, müssen Batteriezellen-Controller der nächsten Generation, wie sie Freescale anbietet, eine genaue und zuverlässige Diagnose der Batterie ebenso sicherstellen wie eine schnelle Kommunikation des Batteriezustands.

Batteriezellen-Controller MC33772 unterstützt die Anforderungen ISO 26262 ASIL-C

Mit seinem breit angelegten Funktionsumfang unterstützt der neue Batteriezellen-Controller MC33772 von Freescale diesen Paradigmenwandel. Mit ihm steht eine Single-Chip-Lösung zur Verfügung, die auf alle kritischen Aspekte wie Leistung und Sicherheit hin optimiert wurde und mit einer robusten funktionalen Verifikation aufwartet, welche die Anforderungen der ISO 26262 ASIL-C erfüllt.

Auto- und Industriebatterien können so optimal gegen kritische Fehlerzustände geschützt werden. Darüber hinaus lassen sich durch den redundanten Einsatz mehrerer Freescale Batteriezellen-Controller auch Systeme implementieren, die dem noch anspruchsvolleren ASIL-D genügen.

“Autobesitzer sehen sich, was Bleisäurebatterien angeht, mit einer ganzen Reihe von Problemen konfrontiert, die durch schwer zu kontrollierende äußere Einflüsse wie extreme Temperaturen bedingt sind.“

„Allein in den USA werden jedes Jahr 100 Millionen Autobatterien ersetzt,” erklärte James Bates, Senior Vice President und General Manager der 'Analog & Sensors Group' im Hause Freescale.

“Mit dem Ausbau des Batteriezellen-Controller-Portfolios mildert Freescale diese Problematik ab. Wir machen es unseren Kunden leichter, effiziente Lithium-Ionen-Alternativen zu Bleisäurebatterien anzubieten, gleichzeitig aber die anspruchsvollen Anforderungen an Leistung und Funktionale Sicherheit über eine Vielzahl von Batteriegrößen und -typen hinweg zu erfüllen.”

Der optimierte Funktionsumfang des MC33772-Bausteins eignet sich neben 14 V Lithium-Ionen-Batteriepacks auch für eine Senkung der Materialkosten elektronischer Systeme in automobilen und industriellen Batteriemanagement-Applikationen, auch in 48-V-Batteriesystemen, mit hohen Spannungen arbeitenden Hybrid- und Elektroautos, E-Bikes und Energiespeichern.

Der MC33772 wartet mit einer hervorragenden Balance zwischen Messgenauigkeit, Skalierbarkeit und einer isolierten Kommunikation bei hohen Geschwindigkeiten auf.

Er unterstützt in einer Vielzahl von Systemtopologien für das Batteriemanagement eine schnelle Kommunikation des Batteriezustandes mit 2 MBit/s, beispielsweise in zentralen und dezentralen CAN- oder dezentralen Daisy-Chain-Systemen.

Produktmerkmale

  • Erhältlich in Versionen für 3, 4, 5 und 6 Zellen
  • 5 V (SPI)/7 V (TPL) ≤ VPWR ≤ 30-V-Betrieb, 40-V-Transienten
  • SPI oder isolierte 2-MHz-Kommunikation über differentielle Leitungen mit dem MC33664 TPL
  • Auf ±0,5% genauer Stromsensor, von Milliampere bis Kiloampere
  • 6 x differentielle Zellen- und Stackspannungsmessung
  • Synchronisation von Zellenspannungs- und -strommessungen
  • Coulomb-Erfassung
  • 7 x ADC/GPIO/Temperatursensoreingänge
  • Bei der Initialisierung adressierbar
  • 6 x passiver Zellausgleich mit 300 mA und dedizierten Timern auf dem Chip integriert
  • Stromsparmodi
  • 48-Pin QFP-Gehäuse

Der MC33772 ist so konzipiert, dass Kunden dank der integrierten funktionalen Verifikation und modernsten, auf dem Single-Chip-Baustein realisierten Diagnosefunktionen die strengen Anforderungen der ISO 26262 ASIL-C spielend erfüllen können.

Auch eine Implementierung als ASIL-D-System ist mit den Batteriezellen-Controllern von Freescale möglich. Kunden können damit auf Systemebene gleich mehrere Funktionale Sicherheitskonzepte und -anforderungen adressieren.

Als Freescale SafeAssure-Lösung für Funktionale Sicherheit genügt das gesamte Portfolio den anspruchsvollen Standards für ESD, EMV, Energieeffizienz und Automotive-Qualifikation nach AEC-Q100.

Verfügbarkeit und Preis

Mit den Evaluationskits KIT33771ASP1EVB, KIT33772ASP1EVB und KIT33664EVB bietet Freescale Hardwareunterstützung für die Batteriezellen-Controller MC33771 und MC33772 sowie den Transformer Physical Layer-Baustein MC33664.

Mit diesen Boards lässt sich die Marktreife schneller erreichen, und man kann damit die Vorzüge demonstrieren, welche die unzähligen integrierten Funktionen der Bausteine bieten.

Verfügbar ab dem vierten Quartal 2015

Die Bausteine MC33771, MC33772 und MC33664 werden derzeit bemustert. Die Produkte MC33771 und MC33664 werden voraussichtlich ab dem vierten Quartal 2015 produziert, während der Produktionsanlauf für den MC33772 für das zweite Quartal 2016 geplant ist.

Der Einstiegspreis für den MC33771 beträgt bei Abnahme von 10.000 Stück US$4,86, während der für den MC33772 je nach Zellenzahl und Funktionsumfang bei US$3,46 liegt. Bei Abnahme von 10.000 Stück soll der MC33664 US$1,65 kosten. Preisinformationen für höhere Stückzahlen erhalten Sie von Freescale auf Anfrage. Weitere Informationen erhalten Sie unter http://www.freescale.com/Battery.

Das Freescale SafeAssure-Programm:

Das Freescale-eigene SafeAssure-Programm für Funktionale Sicherheit soll Systemherstellern dabei helfen, die Konformität zu Funktionalen Sicherheitsstandards wie ISO 26262 (International Standards Organization) und IEC 61508 (International Electrotechnical Commission) einfacher zu realisieren.

Die Grundlage des Programms bilden spezielle Hard- und Softwarelösungen von Freescale, die optimal auf die Realisierung von Projekten mit Funktionalen Sicherheitsanforderungen abgestimmt sind und mit umfassendem Begleitmaterial geliefert werden.

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