TI stellt 26-Zellen-Batterieüberwachungs-IC mit integrierter Smart EIS Engine vor

Diese Woche, auf der PCIM 2026 in Nürnberg, Deutschland, Einführung von Texas Instruments der BQ79826Z-Q1, der Batteriemonitor mit der höchsten Zellenzahl der Branche und einer integrierten elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS)-Engine. Das Gerät ist auf Elektrofahrzeuge (EVs) und industrielle Energiespeichersysteme (ESSs) zugeschnitten und bringt prädiktive Intelligenz, umfassende Daten und Echtzeitdiagnose direkt in Batterieüberwachungsarchitekturen.

Der wichtigste Fortschritt dieses Ein-Chip-Monitors ist seine Fähigkeit, bis zu 26 in Reihe geschaltete Zellen zu verfolgen und so acht Zellen mehr pro Gerät zu liefern als konkurrierende Marktlösungen. Dies entspricht einer Steigerung der Überwachungskanäle um bis zu 44 % im Vergleich zu früheren Gerätegenerationen.

Der neue Batterieüberwachungs-IC BQ79826Z-Q1 von TI ermöglicht mehr Sicherheit und Leistung in Elektrofahrzeugen und ESS.

Um mehr über das neue Gerät zu erfahren, nahm EEPower an einer Vorbesprechung mit Sprechern von Texas Instruments teil Wenjia Liu Vizepräsident und General Manager – Batteriemanagementlösungen und Brian Burk Systemingenieur und Produktmanager, Batterieüberwachungsprodukte.

Durch die Unterstützung von mehr Zellen pro Gerät verringert der Monitor die Gesamtzahl der in einem Hochspannungsbatteriesatz erforderlichen Komponenten erheblich. Diese Reduzierung der Komponentendichte rationalisiert die Architekturkomplexität, reduziert den benötigten Platz auf der Platine und senkt die Gesamtkosten für die Stücklisten (BOM) des Systems, ohne die Qualität oder Zuverlässigkeit der Packungen zu beeinträchtigen.

„Mit 26 Zellen können Designer auf mehrere Monitore im System verzichten, die Architektur rationalisieren, die Stückliste reduzieren und wertvollen Platz auf der Platine im System freigeben“, sagte Brian Burk.

Integrierte EIS-Engine für die interne Zelldiagnose

Wenjia Liu gab einige Hintergrundinformationen zum Begriff elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) im Zusammenhang mit BMS. „EIS-Technologie gibt es schon seit Jahrzehnten“, sagte sie. „Erst vor kurzem wurde es praktisch und wurde in großem Maßstab in realen Anwendungen wie Elektrofahrzeugen und ESS eingesetzt.“

„Vereinfacht ausgedrückt kann man sich EIS wie das EKG einer Batterie vorstellen“, fuhr Liu fort. „Statt also nur die Oberflächensignale wie Spannung und Temperatur zu messen, bietet es einen tieferen Einblick in das interne Zellverhalten der Batterie und ermöglicht eine frühzeitige Erkennung und prädiktive Erkenntnisse, die herkömmliche Sensoren nicht liefern konnten.“

Mithilfe der EIS-Technologie werden chemische Zustandsdaten im Inneren der Batteriezellen analysiert und so eine frühzeitige Fehlererkennung ermöglicht.

Durch die Analyse umfangreicher chemischer Zustandsdaten aus dem Inneren der Zellen kann das System interne Fehlerbedingungen viel früher erkennen als herkömmliche Monitore. Dies ermöglicht ein Frühwarnsystem für schwerwiegende Fahrzeug- und Systemgefahren wie Thermal Runaway. Diese kontinuierlichen Diagnosevorteile erstrecken sich über das gesamte Grid-to-Gate-Ökosystem und helfen Ingenieuren bei der Verfolgung des Ladezustands (SoC) und des Gesundheitszustands (SoH) großer Batterieinstallationen, die erforderlich sind, um den wachsenden Leistungsbedarf von Rechenzentren mit künstlicher Intelligenz zu decken.

„Mit der EIS-Technologie von TI können Ingenieure jetzt die Anzahl der Temperatursensoren reduzieren und tatsächlich eine verbesserte Temperaturgenauigkeit erzielen, indem sie bessere Batteriekerntemperaturmesswerte verwenden“, sagt Burk.

Gemäß seinen technischen Spezifikationen erreicht die eingebettete intelligente EIS-Engine eine Impedanzgenauigkeit von 1 %, wenn sie einen Erregerstrom von 1 A und eine Zellimpedanz von 200 µΩ nutzt. Der Motor unterstützt einen Anregungsfrequenzbereich von 0,01 Hz bis 3,5 kHz und ermöglicht so sowohl lokale als auch globale Anregungstopologien.

Um eine präzise Datenkorrelation sicherzustellen, sorgt das Gerät für eine interne Strom- und Spannungssynchronisation (I/V) von weniger als 5 µs von Gerät zu Gerät. Mittlerweile ist die EIS-Messroutine fünfmal schneller als bei früheren Architekturen, sodass der Chip äußerst reaktionsschnelle Spannungsmesswerte für die funktionale Sicherheit pro Zelle liefern kann.

Hochpräzise Erfassung und skalierbare Kommunikationstopologie

Um den Reichweitenängsten von Elektrofahrzeugfahrern entgegenzuwirken, ermöglicht der Monitor hochpräzise Temperatur- und Ladezustandsschätzungen. Der BQ79826Z-Q1 liefert eine Zellspannungsgenauigkeit von weniger als 2 mV über den gesamten Automobiltemperaturbereich von –40 °C bis +125 °C. Es basiert auf einem dedizierten Analog-Digital-Wandler (ADC) pro Kanal sowie einer extrem rauscharmen Filterung.

Der Monitor unterstützt eine absolute maximale Nennspannung von 143 V, mit einem Zellmessbereich von 0 bis 5,5 V und einer Sammelschienenmessfähigkeit von –2 V bis 2 V auf jedem Kanal außer dem ersten Kanal.

Für Hochspannungsbatterie-Arrays verfügt der BQ79826Z-Q1 über eine verbesserte Daisy-Chain-Schnittstelle, die eine Busgeschwindigkeit von 2 Mbit/s unterstützt, die mithilfe von Dual-SPI-Modi auf bis zu 4 Mbit/s skaliert werden kann. Über Transformator- oder reine Kondensator-Isolationsbarrieren können bis zu 128 Geräte in Stapel-, Ring-, Multidrop- oder Split-Ring-Topologien gestapelt werden.

Diese Schnittstelle sorgt für eine automatische Kommunikationsausgleichssynchronisation von Gerät zu Gerät von weniger als ±5 µs, was zu einer Fehlererkennungs- und Isolationszeit (FDTI) von weniger als 100 ms für 800-V-Packs oder Konfigurationen mit 250 Zellen führt. Weitere Informationen finden Sie im BQ79826Z-Q1 Datenblatt.

Der BQ79826Z-Q1 ist skalierbar und funktioniert mit verschiedenen Modulgrößen, Batteriechemien und mechanischen Designs.

In Kombination mit dem Packmonitor BQ79881-Q1 und einer optionalen Kommunikationsbrücke bilden diese Komponenten einen flexiblen Chipsatz, der es Ingenieuren ermöglicht, eine einzige Plattform zu entwerfen und diese für verschiedene Modulgrößen und Batteriechemien einzusetzen.

„Diese Skalierbarkeit gibt Ingenieuren die Flexibilität, einmal zu entwerfen und überall einzusetzen“, sagt Liu. „Dies führt zu Einsparungen beim Engineering-Aufwand, verkürzt die Markteinführungszeit und senkt auch die Gesamtkosten der Stückliste.“

Sicherheits-, Ausgleichs- und Energieverwaltungsfunktionen

Der BQ79826Z-Q1 wurde unter strengen ISO 26262-Richtlinien entwickelt und entspricht den Anforderungen des Automotive Safety Integrity Level D (ASIL-D), um einen zuverlässigen Weg zur funktionalen Sicherheit zu bieten. Zu den Schutzmechanismen gehört eine autonome Hardwareüberwachung für Zellüberspannung, Unterspannung, Übertemperatur und Untertemperaturbedingungen, ergänzt durch die Erkennung offener Leitungen und zwei On-Chip-Chip-Temperatursensoren.

Um das Ladungsgleichgewicht im gesamten Zellstapel aufrechtzuerhalten, verfügt das Gerät über einen passiven Zellausgleich über integrierte FETs. Es unterstützt einen ungeraden/geraden Ausgleichsstrom von bis zu 300 mA mit programmierbarer Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM) und automatischer Diagnose während der Ausgleichsroutinen.

Die Systemleistung wird in drei Hauptbetriebsmodi optimiert: einem aktiven Modus, der weniger als 5 mA verbraucht, einem Energieüberwachungs-Schlafmodus mit nur 20 µA und einem vollständigen Abschaltzustand, der weniger als 10 µA verbraucht.

Für externe Systemschnittstellen bietet der Monitor 20 Mehrzweck-GPIO-Pins, die die Temperaturmessung (über NTC/PTC-Thermistoren), allgemeine Spannungsmessungen und einen speziellen Sensormonitor mit einem Spitzenwert- und Druckschwellendetektor übernehmen. Das gesamte System ist in einem 100-Pin-HTQFP-Gehäuse mit den Maßen 12 mm x 12 mm untergebracht und verfügt über ein integriertes PowerPad an der Unterseite für optimale Wärmeleistung.

Marktverfügbarkeit

Laut Texas Instruments stellt der BQ79826Z-Q1 einen bedeutenden Fortschritt in der Batteriemanagement-Intelligenz dar. Vorproduktionsmengen des Monitors sind derzeit auf TI.com verfügbar, die vollständigen Produktionsmengen werden bis Ende 2026 erwartet.

Zur Unterstützung der Entwicklung stellt TI umfassende Evaluierungsmodule (EVMs) und Referenzdesigns zur Verfügung, die zusammen mit anderen Innovationen im Bereich der Hochspannungsenergie auf der vorgestellt werden PCIM 2026 Ausstellung und Konferenz diese Woche in Nürnberg, Deutschland.

Alle verwendeten Bilder mit freundlicher Genehmigung von Texas Instruments.