WSB Battery Technology · OEM-Entwicklung und Gerätehersteller
Schnell erklärt: Eine belastbare Ladezustandsanzeige für einen OEM-Akkupack entsteht aus passenden Zelldaten, einem geeigneten Mess- und Schätzverfahren und dem tatsächlichen Geräteprofil. Prozentwert, Restlaufzeit, Warnreserve und Abschaltung brauchen jeweils eine klare Bedeutung. Legen Sie Betriebsarten, Temperatur, Alterungszustand und Prüfverfahren gemeinsam fest. Ein Datenkontakt oder eine angezeigte Zahl allein belegt noch keine bestimmte Genauigkeit.
- Ladezustand in Prozent ist keine Zeitangabe und kein Gesundheitsnachweis.
- Restlaufzeit immer auf Betriebsart und definiertes Betriebsende beziehen.
- Warnreserve für die benötigte Restfunktion statt pauschal für „10 %“ planen.
- Anzeige, Warnung und geordnetes Abschalten am vollständigen Gerät prüfen.
Was sagen Prozentanzeige und Restlaufzeit tatsächlich aus?
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| Begriff | Bedeutung für das OEM-Projekt |
|---|---|
| Ladezustand / SoC | Geschätzter Anteil der verbleibenden Ladung an einer definierten Vollkapazität. Bezugsgröße dokumentieren. |
| Restkapazität in Ah | Noch entnehmbare elektrische Ladung unter den zugrunde gelegten Bedingungen. |
| Nutzbare Restenergie in Wh | Bis zum vereinbarten Betriebsende verfügbare Energie; nicht mit Ah gleichsetzen. |
| Restlaufzeit | Schätzung der verbleibenden Betriebsdauer für eine angenommene zukünftige Last. |
| Alterungszustand / SoH | Bewertung nach einem festgelegten Kriterium, beispielsweise verbleibender Vollkapazität gegenüber dem Neuzustand. |
| Warnung und Schutzabschaltung | Warnung fordert eine Geräteaktion an; Schutzabschaltung reagiert auf eine unzulässige Bedingung. Beides getrennt spezifizieren. |
Das TI-Referenzdesign TIDA-01014, Dokument TIDUCS1 vom März 2017 zeigt die Trennung: Der Ladezustand bezieht sich auf die geschätzte Vollkapazität; die zusätzliche Laufzeitrechnung berücksichtigt die Betriebsart. Das ist ein konkretes Schaltungsbeispiel, keine Eigenschaft beliebiger WSB-Akkupacks.
Merksatz: Auch ein gealterter Akku kann nach dem Laden 100 % anzeigen. Entscheidend ist, welche Vollkapazität und welches nutzbare Betriebsfenster diesem Wert zugrunde liegen.
Wie wird der Ladezustand eines Akkupacks ermittelt?
- Spannungsbasierte Schätzung: Eine passende Zellkennlinie ordnet der Ruhespannung einen Ladezustand zu. Eine Spannung unter Last ist nicht automatisch Ruhespannung.
- Ladungszählung / Coulomb Counting: Der Strom wird über die Zeit bilanziert. Anfangszustand, Messabweichungen und die angesetzte Vollkapazität beeinflussen das Ergebnis.
- Modellgestützter Fuel Gauge: Ein Schätzmodell verknüpft Messgrößen mit Zellparametern. Welche Einflüsse und Lernverfahren berücksichtigt werden, hängt vom konkreten Baustein und seiner Konfiguration ab.
Die TI-Anwendungsnotiz Battery Gauging Algorithm Comparison, Dezember 2023 vergleicht diese Ansätze. Für ein neues Gerät folgt daraus: Das Verfahren muss zum Zelltyp und zur Nutzung passen. Eine universelle Volt-Prozent-Tabelle ersetzt diese Abstimmung nicht.
Auch die Platzierung ist eine Konzeptentscheidung: Der TI BQ27426 ist ein systemseitiger Einzellen-Fuel-Gauge mit I²C. Der TI BQ40Z50 ist dagegen ein packseitiges Beispiel für Zellverbünde mit SMBus-Kommunikation und Schutzfunktionen. Diese Bausteine sind unterschiedliche Architekturbeispiele, keine Austauschalternativen oder WSB-Standardausstattung.
Legen Sie fest, wo Zustandsdaten entstehen, was bei einem Akkuwechsel erhalten bleibt und wann das Gerät nach dem Einsetzen einen gültigen Wert anzeigen kann. Pinbelegung und Protokoll behandelt der ergänzende WSB-Beitrag NTC, ID und Datenkontakte am Akkupack.
Fiktives Messgerät: Welche Reserve wird wirklich gebraucht?
Planungsbeispiel FG-04: Ein neues mobiles Messgerät soll nach der ersten Akkuwarnung noch 15 Minuten weiterarbeiten und anschließend Daten speichern sowie geordnet abschalten. Alle folgenden Zahlen sind Annahmen. Sie beschreiben weder Messwerte noch einen freigegebenen WSB-Pack.
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| Betriebsart | Dauer | Gesamtleistung am Packausgang |
|---|---|---|
| Aktive Messung | 20 s | 1,20 W |
| Funkübertragung | 2 s | 3,00 W |
| Bereitschaft | 38 s | 0,06 W |
Die Leistungen enthalten im Beispiel sämtliche Verbraucher hinter dem Packanschluss, einschließlich Wandlerverlusten. Daraus folgt die mittlere Leistung: (1,20 × 20 + 3,00 × 2 + 0,06 × 38) ÷ 60 = 0,538 W. Die Funkphase wird nicht zusätzlich zur Messphase addiert.
Für 15 Minuten im Profil werden rechnerisch 0,538 W × 0,25 h = 0,1345 Wh benötigt. Für den anschließenden Abschlussvorgang werden weitere 0,02 Wh angenommen. Das ergibt 0,1545 Wh vor zusätzlicher Auslegungsreserve. Einschalt- und Funkspitzen müssen unabhängig davon noch möglich sein.
Nehmen wir separat an, beim Warnsignal wären unter den betrachteten Bedingungen noch 0,20 Wh am Packausgang nutzbar. Nach Abzug der 0,02 Wh für den Abschluss reichen 0,18 Wh rechnerisch für etwa 20,1 Minuten im Profil. Bei dauerhaft 1,20 W wären es dagegen nur 9 Minuten. Dieselbe Energie erfüllt also nicht in jeder Betriebsart das 15-Minuten-Ziel.
Merksatz: Die 0,20 Wh werden hier ausdrücklich angenommen und nicht aus einer 10-%-Anzeige abgeleitet. Nutzbare Restenergie, Spitzenlastfähigkeit und Warnzeit müssen am konkreten System nachgewiesen werden.
Für die Bedienanzeige ist der Bezug ebenfalls wichtig: Victron beschreibt beim BMV-712 Smart die Restlaufzeit bezogen auf Last und eingestellten Entladeboden und weist auf Grenzen bei stark wechselnder Last hin. Die dortigen Einstellungen sind keine Vorgaben für das Messgerät FG-04.
Welche Angaben gehören in das Anforderungsblatt?
- Pack und Zellen: Zelltyp, Chemie, Verschaltung, Kapazitätsbezug, Betriebsfenster und vorgesehener Alterungszustand.
- Gerät: Messung, Funk, Bereitschaft und Abschlussvorgang mit Dauer, Leistung, Spitzen sowie eindeutigem Messpunkt.
- Anzeige und Daten: Prozent oder Balken, gegebenenfalls Minuten; Datenquelle, Einheiten, Aktualisierung, Filter und Verhalten bei ungültigen Daten.
- Warnung: verlangte Restfunktion, erlaubte Betriebsarten und Zuständigkeit für Auslösung und Geräteaktion.
- Nachweis: Temperaturpunkte, Pack-/Geräte-/Firmwarestand, Prüfverfahren, Grenzwerte und verantwortliche Stellen.
Für FG-04 werden beispielhaft +10, +25 und +40 °C als Prüfpunkte vorgeschlagen. Zellfreigaben, Ladetemperaturen und das Alterungsprogramm sind noch zu bestätigen. Ein Beispielziel für die SoC-Anzeige könnte maximal ±5 Prozentpunkte zwischen 20 und 80 % sein. Das ist eine zu vereinbarende Anforderung und keine allgemeine Genauigkeitszusage. 73 % Anzeige bei 70 % Referenz bedeuten +3 Prozentpunkte Abweichung.
Unterhalb dieses Bereichs steht für FG-04 die nachgewiesene Restfunktion im Vordergrund. Warnschwelle und Geräteabschaltung werden daraus abgeleitet und mit dem Schutzkonzept abgestimmt. Bei fehlenden oder veralteten Daten soll das Gerät einen definierten Status zeigen; das konkrete Verhalten legt die Geräteentwicklung fest.
Wie werden Anzeige, Warnreserve und Abschaltung geprüft?
Sicherheitshinweis: Die Prüfplanung richtet sich an die zuständige Entwicklung eines neuen Akkusystems. Zell- und Packgrenzen bleiben eingehalten, Schutzfunktionen aktiv. Eine Schutzabschaltung wird nicht überbrückt, um zusätzliche Laufzeit zu gewinnen.
Die TI-Prüfmethodik SLUA684, Januar 2014 behandelt neben Messgenauigkeit auch wechselnde Last, Temperatur, unterschiedliche Anfangsladezustände und Alterung. Die Zellcharakterisierung von Analog Devices am Beispiel MAX17047 betont außerdem nachvollziehbare Referenzdaten und zeitlich synchronisierte Aufzeichnungen. Die dortigen Beispielspannungen, Ladebedingungen und Zeitraster sind keine universellen Prüfvorgaben.
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| Prüffall | Nachweis und Entscheidung |
|---|---|
| Referenz und Messung | Unabhängiges Referenzverfahren, Voll-/Leerbezug und Messunsicherheit festlegen. Spannung, Strom, Temperatur, Anzeige und Ereignisse zeitlich zuordnen; kurze Funkspitzen ausreichend auflösen. |
| SoC-Anzeige | Referenz und Anzeige im vereinbarten Bereich vergleichen. Beispielziel ±5 Prozentpunkte bei den festgelegten Temperatur- und Alterungszuständen prüfen. |
| Restlaufzeit und Lastwechsel | Vorhersagezeitpunkt und Betriebsende definieren. Angezeigte Minuten mit tatsächlich verbleibender Zeit vergleichen; zulässige Überschätzung vor dem Test festlegen. Profilwechsel einschließen. |
| Warnreserve | Ab dem tatsächlichen ersten Warnsignal 15 Minuten im definierten Profil und danach den Abschlussvorgang verlangen. Auch Funkspitzen und Gerätefunktion protokollieren. |
| Geordnetes Betriebsende | Datensicherung und Abschalten ohne unbeabsichtigten Reset nachweisen. Geräteabschaltung und mögliche Schutzreaktion getrennt aufzeichnen. |
| Akkuwechsel und Datenfehler | Teilladung beim Einsetzen, Neustart sowie fehlende/veraltete Daten prüfen. Gültigkeitsstatus und Anzeigeverhalten müssen der vereinbarten Gerätefunktion entsprechen. |
Ein einzelner Test mit neuem Akku bei Raumtemperatur deckt diese Anforderungen nicht ab. Vereinbaren Sie Musterumfang und Kombinationen aus Temperatur, Last, Startzustand und Alterung vor der Freigabe. Die Dokumentation ordnet der WSB-Beitrag Erstmusterprüfung und Serienfreigabe für OEM-Akkupacks in den Entwicklungsprozess ein. Lange Pausen behandelt ergänzend der Ratgeber Ruhestrom und Wiederanlauf.
Häufige Fragen zur OEM-Ladezustandsanzeige
Hat jeder Akku mit BMS eine genaue Prozentanzeige?
Das Kürzel BMS allein belegt weder einen Fuel Gauge noch eine bestimmte Anzeigegenauigkeit. Benötigt werden die dokumentierten Funktionen, die passende Konfiguration und der Nachweis im vorgesehenen Gerät.
Ist eine Anzeige in Minuten immer sinnvoller als ein Prozentwert?
Sie ist hilfreich, wenn Betriebsart und Endpunkt klar sind. Bei unbekannter zukünftiger Nutzung kann ein scheinbar genauer Minutenwert mehr Sicherheit vermitteln, als die Schätzung bietet. Legen Sie Anzeige und Gültigkeitsbedingungen passend zum Arbeitsablauf fest.
Reicht ein größerer Akku, wenn die Warnung zu spät kommt?
Zuerst sind Schätzmodell, Warnlogik und Gerätefunktion zu prüfen. Mehr Nennkapazität bestätigt weder die Anzeigequalität noch die nötige Reserve. Ein abweichender Pack braucht außerdem eine passende technische Zuordnung.
Ladezustandsanzeige für Ihr OEM-Gerät abstimmen
Senden Sie WSB Ihr Geräteprofil, Packkonzept, Betriebsfenster und gewünschtes Anzeigeverhalten. Ergänzen Sie vorhandene Messdaten, Schnittstellen, Warnreserve, Temperatur- und Alterungsbedingungen sowie Muster- und Serienbedarf. Den Umfang der Zusammenarbeit und der Nachweise stimmen wir anhand des Projekts ab; Informationen bietet Design und Entwicklung bei WSB.
Kopierbare Projektanfrage: Wir entwickeln das mobile Messgerät FG-04 und möchten Packkonzept und Zustandsanzeige abstimmen. Vorgesehen sind Mess-, Funk- und Bereitschaftsbetrieb gemäß beigefügtem Lastprofil. Nach der ersten Warnung benötigen wir 15 Minuten im definierten Profil und anschließend einen dokumentierten Speicher-/Abschaltvorgang. Zelltyp, Fuel-Gauge-Konzept, Schnittstelle und Warnschwelle sind noch offen. Bitte klären Sie mit uns die benötigten Packdaten, Zuständigkeiten und Nachweise. Geplant sind zunächst fünf Entwicklungsmuster; der Serienbedarf wird nachgereicht.
Wenn eine vorhandene Ausführung die dokumentierten Anforderungen erfüllt, kommen Lithium-Ionen-Akkupacks aus dem WSB-Sortiment infrage. Eine Kategoriezuordnung bestätigt noch keine Fuel-Gauge-Funktion. WSB bietet keine Öffnung, Reparatur oder Neubestückung gebrauchter Lithium-Ionen-Akkupacks an; dieser Beitrag behandelt neue OEM-Lösungen.
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