Fachvortrag: Akkus - mehr als nur ein Zellenpaket

13. März 2007

Fachvortrag von Branko Scherzer beim
14. Entwicklerforum Batterien, Ladekonzepte & Stromversorgungsdesign

Anlässlich des 14. Markt&Technik Entwicklerforums 'Batterien, Ladekonzepte & Stromversorgungsdesign' in München hielt Dipl.-Ing. Branko Scherzer (Entwicklungsabteilung SAT AG) den Fachvortrag:

Akkus - mehr als nur ein Zellenpaket

Trotz der großen Dynamik bei der Entstehung neuer, zukunftsweisender Technologien im Bereich schnurloser Applikationen, werden im Projektalltag bei der Entwicklungen akkubetriebener Anwendungen erstaunlich oft Fehler begangen, die vermieden werden könnten. Branko Scherzer verwies in seinem Vortrag auf zwei der wesentlichen Problemkreise:

Die Komplexität eines Akkus wird oft unterschätzt, und die Zellen selbst werden zu stark fokussiert. Die Folge ist oft die Unterschätzung des Entwicklungsaufwandes einer sauberen, zuverlässig funktionierenden Akkulösung.

Der Informationsaustausch der Teams während der Entwicklung ist oft unzureichend. Viele Anwendungsentwickler kennen die in Akkugeräten eingesetzten bzw. einsetzbaren technischen Module nicht, nicht umfassend oder nur auf veraltetem Stand.

Im Folgenden führte Branko Scherzer beispielhaft typische, aber vermeidbare Fehler im Rahmen von Wireless-Entwicklungen auf. Die Beispiele entstammen dem Erfahrungsschatz von EMB und SAT, die auf 30 Jahre Erfahrung im Bereich Batterie- und Akkubau blicken können - für verschiedenste Unternehmen und unzählige, auch zum Teil exotische Anwendungen:

Es passiert immer wieder, dass während der CAD-Konstruktion von Gehäuseteilen die Durchmesser stromführender Litzen unterschätzt oder gar vergessen werden. Auch einer gegebenenfalls notwendigen Wärmeabfuhr der leistungschaltenden Bauelemente, vor allem der FETs auf dem Protection PCB, wird oft zu wenig Luft zum Atmen eingeräumt. Gerade bei einer Neuentwicklung lohnt es sich, vorher den benötigten Bauraum richtig einzuschätzen, um nachher keine teuren Speziallösungen oder Qualitätseinbußen hinnehmen zu müssen.

Stromprofile sind während der Akkuentwicklung oft nicht ausreichend definiert. Vor allem in hochstromigen Anwendungen, wie z.B. Antrieben, treten Strom- und Spannungsspitzen während Lastwechseln auf, die eine ungeschützte Elektronik oder die Zellen zerstören können. Schutzschaltungen dürfen nicht als Standardabschaltung missbraucht werden.

Fachvortrag: Akkus - mehr als nur ein Zellenpaket

Fachvortrag: Akkus - mehr als nur ein Zellenpaket

Wenn eine Anwendung mit Akku für eine Stunde 1A benötigt, dann reicht es nicht 1Ah an Kapazität vorzusehen, wenn die Anwendung auch noch nach einigen Wochen noch mit 1A für 60 Minuten laufen soll. Ein Akku altert, und mit jedem Zyklus, den er durchfährt, verliert er ein wenig seiner verfügbaren Kapazität. Man sollte bei der Entwicklung vorher festlegen, wie viele Zyklen der Akku leben und wie lange er in einer Applikation in Gebrauch bleiben soll. Entsprechend kann man die Kapazität und die Zellen so wählen, dass eine gewisse Mindestreichweite für einen Akkubetrieb auch nach einer bestimmten Anzahl von Zyklen gewährleistet werden kann.

Keine Zelle kann beliebig hohen Strom liefern, und jede Zelle hat Vor- und Nachteile. Bauform, Preis und Kapazität alleine sind als Kriterien nicht ausreichend für einen passenden Zellenentscheid. So liefert beispielsweise jede Zelle einen maximalen Nennstrom, für den sie ausgelegt wurde. Wird dieser überschritten, altert die Zelle schneller. Ferner gibt es einen maximalen Strom, den die Zelle allerhöchstens liefern kann. Überschreitet man diesen, bricht die Spannung der Zelle zusammen und die Zelle kann sich unzulässig hoch erwärmen - oder schlimmeres. Für einen zuverlässigen Akku empfiehlt es sich, mit diversen Zellen und Anordnungen Vorversuche mit möglichst realistischen Stromprofilen der Applikation zu fahren.

Genügender und rechtzeitiger Informationsaustausch zwischen den an einer Entwicklung beteiligten Teams sind unerlässlich. Bedenken bezüglich Firmengeheimnissen lassen sich durch gegenseitige Geheimhaltungserklärungen entkräften - oder man baut gleich auf Vertrauen mit einem vertrauenswürdigen Partner. Aber ein Akkuentwicklungsteam gehört von Anfang an in die Entwicklung mit einbezogen, wenn man nachher keine unbequemen Überraschungen im Feld erleben möchte.

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