HT32F616xx Battery Monitoring MCUs : Akkugeräte aller Art sind aus heutigen Haushalten nicht mehr wegzudenken. Seien es Gartengeräte wie Rasenmäher, Werkzeuge wie Akkuschrauber oder auch Staubsauger, die in Form eines Roboters ohne Akku gar nicht möglich wären.
Der Akku muss beim Laden und Entladen überwacht werden, damit er nicht über seine Spannungs- und Stromgrenzen hinaus betrieben und nicht zu heiß wird. Denn das würde nicht nur dem Akku schaden und seine Lebensdauer verkürzen, sondern im schlimmsten Fall eine Explosion des Akkus herbeiführen.
In vielen akkubetriebenen Geräten kommen Akkus mit 3 oder mehr in Reihe geschalteten Akku-Zellen zum Einsatz. Selbst wenn die einzelnen Zellen anfangs nahezu identische Eigenschaften haben, 
kommt es früher oder später durch die Lade- und Entladezyklen, Alterungsprozesse und andere Faktoren zu Abweichungen. Die Leistung eines Akkupacks wird von der schwächsten Zelle bestimmt. Diese wird am schnellsten geladen und entladen. Ohne weitere Maßnahmen können die anderen Zellen nun nicht mehr ihren maximalen Ladezustand erreichen. Somit wird der Akkupack ineffizient genutzt und kann nicht mehr seine volle Leistung abrufen. Abhilfe schafft das sogenannte Cell Balancing, welches mit verschiedenen Methoden (passiv und aktiv) realisiert werden kann. Passives und aktives Balancing ermöglichen das Laden jeder Zelle bis zum maximalen Ladezustand. Nur das aktive Balancing jedoch berücksichtigt auch den Entladezustand und ist insgesamt die effizientere aber auch aufwendigere Methode.
Die neuen Cortex-M0+ HT32F616xx Battery Monitoring MCUs von Holtek bieten unter anderem integrierte Spannungsüberwachung sowie passives Cell Balancing für 3-8 Lithium Ionen Zellen.
Der Zellspannungs-Monitor besteht aus jeweils 
einem P-Kanal MOSFET und einem Spannungsteiler pro Zellanschluss und einem 8 zu 1 Multiplexer. Er hat 4 Steuerungsbits, welche die P-Kanal MOSFETs schalten. Die Steuerungsbits werden über das für den Spannungs-Monitor dedizierte I2C Interface eingestellt. Die Zellspannung wird akkumulativ gemessen und am Spannungsausgang VOUT durch die Anzahl der Zellen geteilt. Diese Werte entsprechen daher nicht direkt den tatsächlichen Spannungswerten der einzelnen Zellen (abgesehen von Zelle 1), da lediglich ein Mittelwert über den Stack der Zellen ermittelt werden kann.
Üblicherweise werden alle Zellspannungen des Stacks in einem Durchlauf ermittelt. Holtek empfiehlt hier Scan-Frequenzen unterhalb 100Hz (Einzel-Zellmessung). Hierbei ist es wichtig eine minimale Wartezeit von 5 Millisekunden vorzusehen, um sicher zu stellen, daß der Kondensator an VOUT vollständig geladen ist. Mit den so ermittelteten mittleren Zellspannungen lassen sich mittels einer einfachen rekursiven Rückrechnung die tatsächlichen Spannungen ermitteln. Für weitere Details hierzu lohnt sich der Blick in die Applikation Note AN0543 für die HT45F8xxx Serie, die ebenfalls einen Zellspannungs-Monitor besitzt, der mit dem selben Verfahren arbeitet.
Die Spannungsüberwachung-Einheit enthält auch Treiber zum Schalten der Lade- und Entlade-MOSFETs. Mit den zwei Treibern für das Entladen, lassen sich zwei gentrennte Entlade-Pfade realisieren.
Weiter sind auch FETs und Widerstände für das passive Cell Balancing integriert. Somit benötigt man als Außenbeschaltung nur noch einen Serienwiderstand, über den der Ausgleichsstrom eingestellt wird. Holtek arbeitet für die Balancing Funktionen ein einem Referenz Code zur Implementierung. Dieser wird voraussichtlich Ende Juli verfügbar.
Holtek stellt für deren HT32 (Arm Cortex-M) MCUs eine dedizierte UL/IEC 60730-1 Class B Safety Test Library zur Verfügung, welche Kunden in ihr eigenes Projekt bzw. ihre Firmware integrieren können. Dies verkürzt die Entwicklungszeit für Class B konforme Geräte deutlich.
Den User Guide zur Safety Test Library finden Sie hier.
Weitere Hinweise zur Entwicklung IEC 60730 Class B konformer MCU Anwendungen finden Sie in diesem Dokument.
Sie benötigen weitere Informationen? Gern berät Sie unser Team zu den Battery Monitoring MCUs von Holtek