{"id":18941,"date":"2023-08-11T11:15:00","date_gmt":"2023-08-11T09:15:00","guid":{"rendered":"https:\/\/deinenergieportal.de\/?p=18941"},"modified":"2023-08-03T12:38:56","modified_gmt":"2023-08-03T10:38:56","slug":"schatz-wo-ist-mein-netzkabel","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/deinenergieportal.de\/?p=18941","title":{"rendered":"Schatz, wo ist mein Netzkabel?"},"content":{"rendered":"\n<p>Autor\/Redakteur: <a href=\"https:\/\/www.analog.com\/en\/index.html\">Thong Huynh, Application Engineering Director bei Maxim Integrated (jetzt Teil von Analog Devices)<\/a>\/gg<\/p>\n\n\n\n<p>In der heutigen Zeit w\u00fcrde man wahrscheinlich so fragen: \u201eSchatz, wo ist mein Ladeger\u00e4t?\u201c Auf technologische Fortschritte in der Batterietechnologie ist es zur\u00fcckzuf\u00fchren, dass heute leistungsf\u00e4hige und zugleich kosteng\u00fcnstige Batterien zur Verf\u00fcgung stehen. Dies gilt insbesondere f\u00fcr Lithium-Ionen-Batterien. Seit den Jahren um die Jahrhundertwende ist eine kontinuierlich steigende Nachfrage nach Energiespeichern auf Batteriebasis und portablen Ger\u00e4ten zu verzeichnen.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large is-resized\"><a href=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-01.webp\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-01-1024x576.webp\" alt=\"\" class=\"wp-image-18943\" width=\"1024\" height=\"576\" srcset=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-01-1024x576.webp 1024w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-01-300x169.webp 300w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-01-768x432.webp 768w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-01.webp 1200w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Bild 1. Der Weltmarkt f\u00fcr Lade-ICs. (Quelle: Analog Devices)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<!--more-->\n\n\n\n<p>Auch Superkondensatoren (auch als Ultrakondensatoren bekannt) befinden sich aufgrund spezieller Vorteile zunehmend in einer Vielzahl von Anwendungen im Einsatz. Blei-S\u00e4ure-Batterien, eine 150 Jahre alte Technologie, sind noch immer h\u00e4ufig in Fahrzeugen, Rollst\u00fchlen, Motorrollern, Golfwagen und unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USVs) zu finden.<\/p>\n\n\n\n<p>2019 wurden weltweit 1,16 Milliarden Lade-ICs verkauft. Experten rechnen bis 2024 mit einer Steigerung auf 1,72 Milliarden St\u00fcck, was eine j\u00e4hrliche Wachstumsrate von 8,6 Prozent bedeutet. Die entsprechenden Ums\u00e4tze betrugen 518,1 beziehungsweise 735,4 Milliarden US-Dollar bei einer durchschnittlichen j\u00e4hrlichen Wachstumsrate von 7,3 Prozent. <a href=\"https:\/\/omdia.tech.informa.com\/OM012081\/Power-IC-Market-Tracker---2019\">Bild 1 zeigt die Marktentwicklung aus Sicht des \u201ePower IC Market Trackers \u2013 2019\u201c des Marktforschungsinstituts OMDIA1<\/a>.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Nachfrage nach Batterien, die mehr Energie als bisher speichern k\u00f6nnen und somit gr\u00f6\u00dfere Reichweiten oder l\u00e4ngere Laufzeiten erm\u00f6glichen, setzt in den jeweiligen Energiespeichern h\u00f6here Spannungen voraus. So haben sich beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriestapel, die in Robotern, Drohnen, Elektrowerkzeugen und vielen anderen Ger\u00e4ten verwendet werden, von L\u00f6sungen mit nur einer oder zwei Zellen zu Varianten mit mehreren (bis zu zw\u00f6lf) Zellen entwickelt.<\/p>\n\n\n\n<p>Ein Lithium-Ionen-Batteriestapel mit zw\u00f6lf Zellen stellt eine maximale Spannung von 50,4V zur Verf\u00fcgung. Eine solche Zw\u00f6lf-Zellen-Batterie h\u00e4lt bei gleichem Nennstrom zw\u00f6lf Mal l\u00e4nger als eine Batterie mit nur einer Zelle. Alternativ k\u00f6nnen zw\u00f6lf Batterien parallel geschaltet werden, um eine h\u00f6here Speicherkapazit\u00e4t zu erzielen. Allerdings w\u00fcrde die Parallelschaltung den Nennstrom um das zw\u00f6lffache erh\u00f6hen. H\u00f6here Str\u00f6me wiederum verursachen mehr Leitungsverluste, so dass eine Parallelschaltung von Batterien nicht zu empfehlen ist.<\/p>\n\n\n\n<p>Industriesysteme wie Notbeleuchtungen mit Batterie-Backup, USV-Backup-Stromversorgungen und HVAC-Ger\u00e4te werden mit 24VDC versorgt und ben\u00f6tigen daher als Backup eine 24-V-Batterie. Bei 24-VDC-Stromversorgungen k\u00f6nnen jedoch bei Transienten gem\u00e4\u00df IEC 61131-2 und IEC 60664-1 Spitzenspannungen von 60V entstehen. In beiden F\u00e4llen ben\u00f6tigen die zu versorgenden Ger\u00e4te Ladel\u00f6sungen, die h\u00f6here Batteriespannungen verkraften und bei Transienten h\u00f6heren Eingangsspannungen standhalten k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Grundlagen: Ladeger\u00e4te<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Es gibt diverse Ladetopologien. Lineare Ladeger\u00e4te senken die Spannungsdifferenz zwischen Stromquelle und Batterie \u00fcber einen Leistungsschalter. Diese Art von Ladeger\u00e4t ist am ineffizientesten, da der Leistungsschalter bei einer gro\u00dfen Spannungsdifferenz zwischen Stromquelle und Batterie viel Energie verbraucht.<\/p>\n\n\n\n<p>Boost- oder Aufw\u00e4rtsladeger\u00e4te erh\u00f6hen die Spannung der Stromquelle auf die Batteriespannung. Bei dieser Ladetopologie muss die Spannung der Stromquelle niedriger sein als die Batteriespannung. Buck- oder Abw\u00e4rtsladeger\u00e4te senken die Spannung der Stromquelle und setzen voraus, dass die Spannung der Stromquelle h\u00f6her ist als die Batteriespannung.<\/p>\n\n\n\n<p>Buck-Boost-Ladeger\u00e4te k\u00f6nnen Batterien mit einer Spannung laden, die h\u00f6her oder niedriger ist als die Batteriespannung. Diese Topologie erfordert vier Leistungsschalter (im Vergleich zu zwei Leistungsschaltern f\u00fcr Buck-Ladeger\u00e4te) und arbeitet im Allgemeinen nicht so effizient.<\/p>\n\n\n\n<p>Buck-Ladeschaltungen mit Synchrongleichrichtung sind am effizientesten und stehen im Fokus dieses Artikels. Bild 2 zeigt die Schaltung einer synchron gleichrichtenden Abw\u00e4rtsladeschaltung. Die meisten Abw\u00e4rtsladeschaltungen arbeiten heute mit einer relativ niedrigen Spannung. Viele sind f\u00fcr eine Eingangsspannung von nur 28V ausgelegt, manche f\u00fcr 40V.<\/p>\n\n\n\n<p>Bei einer Eingangsspannungsregelung von \u00b110 Prozent und einem Spannungsabfall von 2V \u00fcber der Buck-Ladeschaltung kann ein 28-V-Ladeger\u00e4t praktisch nur einen Lithium-Ionen-Batteriestapel (maximal) in der Konfiguration 5S (5 Batterien in Serie) laden. Eine neue Familie von Lade-ICs mit einer Eingangsspannung von 60V wird im Folgenden n\u00e4her erl\u00e4utert. Die ICs erm\u00f6glichen Ladevorg\u00e4nge mit h\u00f6heren Spannungen &#8211; bis zu einer Batteriespannung von 52V (oder einem 12-Zellen-Lithium-Ionen-Stapel). Au\u00dferdem verkraften sie Eingangsspannungstransienten bis 65V.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><a href=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-02.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"976\" height=\"480\" src=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-02.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-18944\" srcset=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-02.jpg 976w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-02-300x148.jpg 300w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-02-768x378.jpg 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 976px) 100vw, 976px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Bild 2. Generische Abw\u00e4rtsladeschaltung mit synchroner Gleichrichtung. (Quelle Analog Devices)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Der Standby-Strom einer Ladeschaltung sollte niedrig sein, um Energie zu sparen. Das Kennzeichnungsprogramm Energy Star vergibt f\u00fcnf Bewertungssterne an Handy- und andere kleine Ladeger\u00e4te, die im Standby nur 30mW oder weniger verbrauchen. Nur einen Bewertungsstern erhalten Ladeger\u00e4te mit 300mW oder mehr. Weitere Bewertungssterne werden f\u00fcr alle Ger\u00e4te vergeben, deren Leistungsaufnahme zwischen 30 und 300mW liegt.<\/p>\n\n\n\n<p>Das Energy-Star-Programm zielt darauf ab, den Energieverbrauch von privat genutzten Ladeger\u00e4ten zu senken. Denn meist bleiben diese eingesteckt, wenn sie gerade nicht benutzt werden. Weltweit befinden sich st\u00e4ndig \u00fcber eine Milliarde solcher Ladeger\u00e4te am Stromnetz.<\/p>\n\n\n\n<p>Blei-S\u00e4ure-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren geh\u00f6ren zwar alle zur Gruppe der Energiespeicher, haben aber sehr unterschiedliche Lade-\/Entladeeigenschaften. Im Folgenden werden die jeweiligen Besonderheiten untersucht und entsprechende Ladel\u00f6sungen er\u00f6rtert. Eine gute Batterieladeschaltung muss eine hohe Batterieleistung und eine lange Lebensdauer erm\u00f6glichen, insbesondere beim Laden unter widrigen Bedingungen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Ladeschaltungen f\u00fcr Blei-S\u00e4ure-Batterien<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Die Blei-S\u00e4ure-Batterie ist die \u00e4lteste wiederaufladbare Batterie (Bleiakkumulator). Erfunden wurde sie 1859 von dem franz\u00f6sischen Physiker <a href=\"https:\/\/batteryuniversity.com\/article\/advancements-in-lead-acid\">Gaston Plant\u00e9<\/a>. 150 Jahre sp\u00e4ter werden Blei-S\u00e4ure-Batterien noch immer in Autos, Rollst\u00fchlen, Rollern, Elektrofahrr\u00e4dern, Golf-Caddys und USV-Anlagen verwendet.<\/p>\n\n\n\n<p>Blei-S\u00e4ure-Batterien m\u00fcssen langsam geladen werden. Die typische Ladezeit betr\u00e4gt acht bis 16 Stunden. Dieser Batterietyp muss ferner stets in geladenem Zustand gelagert werden. Eine regelm\u00e4\u00dfige, vollst\u00e4ndige Ladung ist unerl\u00e4sslich, um eine Sulfatierung zu verhindern.<\/p>\n\n\n\n<p>Es ist g\u00e4ngige Praxis, Blei-S\u00e4ure-Batterien in etwa acht Stunden auf 70 Prozent aufzuladen. Weitere acht Stunden sind f\u00fcr die wichtige Absorptionsladung erforderlich. Eine Teilladung ist in Ordnung, sofern die Blei-S\u00e4ure-Batterie gelegentlich eine vollst\u00e4ndige Ladung erh\u00e4lt, um Sulfatierung zu verhindern. Wenn die Batterie \u00fcber einen l\u00e4ngeren Zeitraum mit Erhaltungsladung genutzt wird, verursacht dies keine Sch\u00e4den.<\/p>\n\n\n\n<p>Es ist wichtig, die ideale Ladespannungsgrenze zu finden. Eine hohe Spannung (\u00fcber 2,45V pro Zelle) erm\u00f6glicht eine gute Batterieleistung, verk\u00fcrzt aber die Lebensdauer aufgrund von Gitterkorrosion auf den positiven Platten. Bei einer sehr niedrigen Spannung oder bei einer dauerhafter entladenen Batterie besteht die Gefahr der Sulfatierung auf den negativen Platten. Auch die Temperatur beeinflusst die Zellenspannung mit einem typischen Wert von -5mV\/\u00b0C (0,028V pro Zelle pro 10\u00b0F). Ein gutes Ladeger\u00e4t muss den Temperaturkoeffizienten ausgleichen, um eine \u00dcberladung der Batterie bei Hitze oder eine Unterladung bei K\u00e4lte zu vermeiden.<\/p>\n\n\n\n<p>Der MAX17702 (Bild 3) ist beispielsweise eine komplette Ladeschaltung f\u00fcr Blei-S\u00e4ure-Batterien. Das Bauteil ist f\u00fcr einen Eingangsspannungsbereich von 4,5 bis 60V ausgelegt und bietet einen hohen Wirkungsgrad von \u00fcber 97 Prozent sowie eine hohe Spannung. Die synchrone Buck-L\u00f6sung eignet sich zum Laden von Blei-S\u00e4ure-Batteriestapeln mit 12V, 24V und 48V. Die Bilder 4a und 4b zeigen den Ladezyklus und den Wirkungsgrad beim Laden.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><a href=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-03.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"550\" src=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-03-1024x550.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-18945\" srcset=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-03-1024x550.jpg 1024w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-03-300x161.jpg 300w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-03-768x413.jpg 768w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-03.jpg 1063w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Bild 3. Hochvolt-Lade-Controller f\u00fcr Blei-S\u00e4ure-Batterien. (Quelle: Analog Devices)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><a href=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-04a.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"952\" height=\"500\" src=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-04a.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-18946\" srcset=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-04a.jpg 952w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-04a-300x158.jpg 300w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-04a-768x403.jpg 768w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-04a-390x205.jpg 390w\" sizes=\"auto, (max-width: 952px) 100vw, 952px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Bild 4a. Ladezyklus der Ladeschaltung MAX17702 f\u00fcr Blei-S\u00e4ure-Batterien. (Quelle: Analog Devices)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><a href=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-04b.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"912\" height=\"730\" src=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-04b.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-18947\" srcset=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-04b.jpg 912w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-04b-300x240.jpg 300w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-04b-768x615.jpg 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 912px) 100vw, 912px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Bild 4b. Wirkungsgrad des MAX17702 beim Laden. (Quelle: Analog Devices)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Blei-S\u00e4ure-Batterien haben eine geringe Energiedichte und sind somit ungeeignet f\u00fcr portable Ger\u00e4te. Besser f\u00fcr solche Einsatzf\u00e4lle geeignet sind Batterien auf Lithiumbasis.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Lader f\u00fcr Lithium-Ionen-Batterien<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Batterien auf Lithium-Ionen-Basis bieten Vorteile wie geringes Gewicht und hohe Energiedichte und eignen sich daher speziell f\u00fcr portable Anwendungen, Anwendungen der Schwerindustrie, elektrische Antriebe und Satelliten.<\/p>\n\n\n\n<p>Moderne Lithium-Ionen-Batterien sind wartungsarm und haben keinen nennenswerten Memory-Effekt. Auch muss dieser Energiespeichertyp nicht durch weitgehendes Entladen und anschlie\u00dfendes komplettes Vollladen \u201etrainiert\u201c werden, um bei guter Gesundheit zu bleiben. In Verbindung mit Lithium-Ionen-Batterien sind jedoch Schutzschaltungen erforderlich, die sich im Batteriepack sowie im Ladeger\u00e4t befinden und Kurzschl\u00fcsse, \u00dcberladung, thermisches Durchgehen und \u00dcberentladung verhindern. Bleibt bei einer Lithium-Ionen-Batterie die Spannung eine Woche oder l\u00e4nger unter 1,5V pro Zelle, k\u00f6nnen sich die Sicherheit beeintr\u00e4chtigende Dendriten bilden.<\/p>\n\n\n\n<p>Bevor es zu einer Tiefentladung kommt, versetzt die interne Schutzschaltung die Batterie in einen Ruhezustand. Eine Tiefentladung kann stattfinden, wenn die Batterie in einem entladenen Zustand gelagert wird, in welchem die Selbstentladung die Spannung auf den Abschaltpunkt bringt.<\/p>\n\n\n\n<p>Ein normales Ladeger\u00e4t behandelt eine solche Batterie als unbrauchbar, und das Batteriepaket wird oft entsorgt. Ein modernes Lithium-Ionen-Ladeger\u00e4t verf\u00fcgt \u00fcber eine Aufweckfunktion oder \u201eVorladung\u201c, welche ein Aufladen erm\u00f6glicht, wenn ein Lithium-Ionen-Akku aufgrund einer \u00dcberentladung \u201eeingeschlafen\u201c ist. Im Vorlademodus erzeugt das Ladeger\u00e4t einen geringen Ladestrom, um die Spannung sicher auf 2,2 bis 2,9V pro Zelle anzuheben und die Schutzschaltung zu aktivieren. Daraufhin beginnt ein normaler Ladevorgang.<\/p>\n\n\n\n<p>W\u00e4hrend des normalen Ladevorgangs arbeitet das Lithium-Ionen-Ladeger\u00e4t mit konstantem Strom und konstanter Spannung (CCCV). Der Ladestrom bleibt konstant, und die Spannung wird ab einem bestimmten Grenzwert begrenzt. Bei Erreichen der Spannungsgrenze ist die Batterie ges\u00e4ttigt; der Strom sinkt so lange, bis die Batterie keine weitere Ladung mehr aufnehmen kann und der Ladevorgang beendet wird. Jede Batterie hat ihre eigene Niedrigstromschwelle.<\/p>\n\n\n\n<p>Lithium-Ionen-Batterien sollten beim Laden immer k\u00fchl bleiben. Bei Lithium-Ionen-Batterien wirkt sich eine \u00dcberladung sch\u00e4dlich auf die Lebensdauer aus. Daher ist es sehr wichtig, die Temperatur der Batterie und deren Ladespannung zu \u00fcberwachen, um die Gesundheit und Sicherheit der Batterie zu gew\u00e4hrleisten. Ein gutes Ladeger\u00e4t muss \u00fcber diese Funktionen verf\u00fcgen.<\/p>\n\n\n\n<p>Bild 5 zeigt einen modernen Lithium-Ionen-Batterielader. Der MAX17703 ist ein hocheffizienter Hochspannungs-Synchron-Abw\u00e4rtsladeregler f\u00fcr einen gro\u00dfen Eingangsspannungsbereich von 4,5 bis 60V. Das Bauteil ist eine komplette Ladel\u00f6sung f\u00fcr bis zu zw\u00f6lf Lithium-Ionen-Zellenstapel.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><a href=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-05.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"556\" src=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-05-1024x556.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-18948\" srcset=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-05-1024x556.jpg 1024w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-05-300x163.jpg 300w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-05-768x417.jpg 768w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-05.jpg 1035w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Bild 5. Moderne Hochvolt-Schaltung zum Laden von Lithium-Ionen-Batterien. (Quelle: Analog Devices)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Das Bauteil liefert genaue CCCV-Konstant-Ladestr\u00f6me und -Spannungen mit einer Genauigkeit von \u00b14 beziehungsweise \u00b11 Prozent. Die Ladeschaltung geht in einen Aufladezustand, sobald der Ladestrom auf den Schwellenwert f\u00fcr den Taper-Strom sinkt, und beendet den Ladevorgang nach Ablauf einer Taper-Zeit.<\/p>\n\n\n\n<p>Das Ladeger\u00e4t startet einen Aufladezyklus, sobald die Ausgangsspannung unter die Aufladeschwellenspannung f\u00e4llt. Dies ist eine n\u00fctzliche Funktion, um den Akku vollst\u00e4ndig geladen zu halten, wenn er \u00fcber l\u00e4ngere Zeit in der Ladestation verbleibt. Dabei wird nur wenig Strom verbraucht, um die Anforderungen gem\u00e4\u00df Energy-Star-Richtlinie zu erf\u00fcllen.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Ladeschaltung kann tiefentladene Batterien erkennen und vorkonditionieren und sie \u00fcber die Vorladefunktion wieder aufwecken. Als zus\u00e4tzlichen Schutz erkennt die Ladeschaltung die Batterietemperatur und erm\u00f6glicht den Ladevorgang nur im definierten Temperaturbereich.<\/p>\n\n\n\n<p>Au\u00dferdem enth\u00e4lt die Ladeschaltung eine Funktion zum Schutz vor eingangsseitigen Kurzschl\u00fcssen. Diese verhindert ein Entladen der Batterie, falls der Eingang versehentlich kurzgeschlossen wird. Bild 6 veranschaulicht den Ladezyklus des MAX17703.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><a href=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-06.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"952\" height=\"533\" src=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-06.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-18949\" srcset=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-06.jpg 952w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-06-300x168.jpg 300w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-06-768x430.jpg 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 952px) 100vw, 952px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Bild 6. Ladezyklus der Ladeschaltung MAX17703 f\u00fcr Lithium-Ionen-Akkus. (Quelle: Analog Devices)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p><strong>Ladeger\u00e4te f\u00fcr Superkondensatoren<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Superkondensatoren werden aufgrund gewisser Vorteile gegen\u00fcber Batterien in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt \u2013 Tendenz steigend. Im Gegensatz zu Batterien auf Basis von elektrochemischer Technologie arbeiten Superkondensatoren nach elektrostatischen Prinzipien ohne chemische Reaktionen. Dadurch wird die mit der elektrochemischen Energiespeicherung von Batterien verbundene Problematik hinsichtlich der Lebensdauer vermieden. Superkondensatoren punkten mit ihrer Langlebigkeit und erm\u00f6glichen Millionen von Lade-\/Entladezyklen mit einer Lebensdauer von bis zu 20 Jahren. Dies \u00fcbertrifft die Haltbarkeit von Batterien um eine Gr\u00f6\u00dfenordnung.<\/p>\n\n\n\n<p>Aufgrund ihrer niedrigen Impedanz lassen sich Superkondensatoren in wenigen Sekunden laden und entladen. Dies, in Verbindung mit der F\u00e4higkeit, Ladungen \u00fcber relativ lange Zeitr\u00e4ume zu speichern, macht Superkondensatoren ideal f\u00fcr Anwendungen mit kurzen Lade- und Entladezyklen. Superkondensatoren werden auch parallel zu Batterien in Anwendungen eingesetzt, die bei Lastwechseln sofortige Leistungsspitzen erfordern.<\/p>\n\n\n\n<p>Die kurzen Lade- und Entladezyklen von Superkondensatoren verlangen Ladeger\u00e4te, die hohe Str\u00f6me beherrschen. W\u00e4hrend eines Ladevorgangs, der oft bei einer Spannung von 0V beginnt, m\u00fcssen die Ladeger\u00e4te reibungslos im Konstantstrommodus (Constant Current, CC) und nach Erreichen des endg\u00fcltigen Ausgangswerts im Konstantspannungsmodus (Constant Voltage, CV) arbeiten. In Hochvolt-Anwendungen werden oft mehrere Superkondensatoren in Reihe geschaltet. Dies erfordert Ladeger\u00e4te, die mit hohen Ein- und Ausgangsspannungen arbeiten k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n<p>Der MAX17701 (Bild 7) ist ein hocheffizienter, synchroner Hochvolt-Superkondensator-Abw\u00e4rtsladeregler. Das Bauteil ist f\u00fcr hohe Ladestr\u00f6me ausgelegt und arbeitet in einem Eingangsspannungsbereich (VDCIN) von 4,5 bis 60V. Die Ausgangsspannung des MAX17701 ist von 1,25 bis VDCIN -4V einstellbar.<\/p>\n\n\n\n<p>Der MAX17701 nutzt einen externen N-Kanal-MOSFET, um eine eingangsseitige ODER-Funktion bereitzustellen, die eine Entladung des Superkondensators zur\u00fcck in den Eingang verhindert. Bild 8 zeigt das vereinfachte Ladeprofil.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><a href=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-07.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"465\" src=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-07-1024x465.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-18950\" srcset=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-07-1024x465.jpg 1024w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-07-300x136.jpg 300w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-07-768x349.jpg 768w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-07.jpg 1074w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Bild 7. Superkondensator-Ladeger\u00e4t-Controller mit hohen Spannungen und hohen Str\u00f6men. (Quelle: Analog Devices)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Blei-S\u00e4ure-Batterien, Batterien auf Lithium-Basis und Superkondensatoren sind Energiespeicher mit jeweils unterschiedlichen Lade-\/Entlade-Eigenschaften. Zur Entwicklung entsprechender Ladel\u00f6sungen mit optimalen Eigenschaften sind daher unterschiedliche Ladeger\u00e4te erforderlich.<\/p>\n\n\n\n<p>Ein modernes Batterieladeger\u00e4t verf\u00fcgt auch \u00fcber Schutzmechanismen, welche die Leistungsf\u00e4higkeit sowie die Langlebigkeit der Batterie gew\u00e4hrleisten. Dies gilt insbesondere beim Laden unter ung\u00fcnstigen Bedingungen. Neuere Ladeger\u00e4te ber\u00fccksichtigen auch diese Aspekte.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><a href=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-08.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"946\" height=\"732\" src=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-08.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-18951\" srcset=\"https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-08.jpg 946w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-08-300x232.jpg 300w, https:\/\/deinenergieportal.de\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/406154-fig-08-768x594.jpg 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 946px) 100vw, 946px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Bild 8. Superkondensator-Ladeprofil des MAX17701. (Quelle: Analog Devices)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p><strong>Schlussbemerkung<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Energiespeicher auf Batteriebasis sowie portable Ger\u00e4te erfreuen sich seit Jahren zunehmender Beliebtheit. Aufgrund der Nachfrage nach L\u00f6sungen, die mehr Energie speichern und somit gr\u00f6\u00dferer Reichweiten oder l\u00e4ngere Ger\u00e4telaufzeiten erm\u00f6glichen, m\u00fcssen die Spannungen in den jeweiligen Batteriestapeln erh\u00f6ht werden.<\/p>\n\n\n\n<p>Bei Anwendungen in Industriesystemen f\u00fcr eine Spannung von 24VDC k\u00f6nnen bei Transienten Spitzenspannungen von 60V auftreten. Bei herk\u00f6mmlichen Ladeger\u00e4ten ist die Eingangsspannung meist auf 28V begrenzt. Moderne Ladel\u00f6sungen von Analog Devices erm\u00f6glichen dank der synchronen Hochvolt-Abw\u00e4rtslade-Topologie h\u00f6here Batteriestapelspannungen sowie einen h\u00f6heren Wirkungsgrad beim Laden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>In der heutigen Zeit w\u00fcrde man wahrscheinlich so fragen: \u201eSchatz, wo ist mein Ladeger\u00e4t?\u201c Auf technologische Fortschritte in der Batterietechnologie ist es zur\u00fcckzuf\u00fchren, dass heute leistungsf\u00e4hige und zugleich kosteng\u00fcnstige Batterien zur Verf\u00fcgung stehen. Dies gilt insbesondere f\u00fcr Lithium-Ionen-Batterien. 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