Geschichte der Li-Ionen-Batterieschutz-ICs Folge 3

In der letzten Ausgabe habe ich darüber gesprochen, wie sich die Leistung und die Gehäuse von Schutz-ICs mit den Marktanforderungen und dem technologischen Fortschritt entwickelt haben. In dieser Ausgabe werde ich Ihnen über die Ausweitung der Anwendungen mit Li-Ionen-Akkus und den Einsatz bei unseren Kunden von den Schutz-ICs berichten.

Die weltweit erste Anwendung, bei der der so genannte "Li-Ion-Akku" zum Einsatz kam, waren tragbare Videokameras, die 1992 auf den Markt gebracht wurden, und dieser Akkutyp wurde wenig später auch in handliche Endgeräte eingebaut. Mobiltelefone und Laptops, von denen damals ein enormes Marktwachstum erwartet wurde, wurden ebenfalls mit Li-Ionen-Akkus ausgestattet. Für einige dieser Anwendungen wurden jedoch die umweltfreundlichen Nickel-Metallhydrid-Akku mit großer Kapazität verwendet, die etwa zwei Jahre vor den Li-Ionen-Akkus in den praktischen Einsatz kamen und die Nickel-Cadmium-Akkus ersetzen sollten, die bis dahin als repräsentative kleine Sekundärbatterien galten. Da zwei neue Akkutypen fast gleichzeitig auf den Markt kamen, gab es einige Zeiträume, in denen die verwendeten Akkus je nach Modell unterschiedlich waren (Nickel-Metallhydrid-Akkus oder Li-Ionen-Akkus), sogar bei denselben Anwendungen.
 

Nickel-Metallhydrid-Akkus und Li-Ionen-Akkus verwenden unterschiedliche Ladekontrollmethoden. Während die Ladung von Nickel-Metallhydrid-Akkus im Allgemeinen durch die -ΔV-Methode oder die dT/dt-Methode gesteuert wird, wird für Li-Ionen-Akkus die CC-CV-Methode verwendet. Einige Mobiltelefone eines Herstellers verwenden beispielsweise Ladesysteme, die für beide Akkus geeignet sind, und wir mussten Schutz-ICs bereitstellen, deren Spezifikationen zu einem solchen System passen.

Unterschiedliche Lademethoden

Außerdem waren die ersten Mobiltelefone mit zwei Li-Ionen-Akkus in Serie ausgestattet, da ein Li-Ionen-Akku nicht genug Spannung für die Stromversorgung des Systems liefern konnte. Der enorme Bedarf an kleinen und leichten Mobiltelefonen erleichterte jedoch die Verbesserung der Stromversorgungssysteme von Telefonen, so dass alle Mobiltelefone mit nur einem Li-Ionen-Akku betrieben werden konnten.

Außer in Mobiltelefonen und Laptops wurden Li-Ionen-Akkus auch in Digitalkameras und tragbaren Videospielen eingesetzt. Im Zuge dieser Entwicklung wurden Mobiltelefone durch Smartphones und Tablets ersetzt, die ebenfalls mit Li-Ionen-Akkus betrieben werden. So haben Li-Ionen-Akkus vor allem in IT-Geräten ein schnelles Wachstum erfahren.

Auf diese Weise setzten sich Li-Ionen-Akkus in IT-Geräten durch, und die Verbreitung erfolgte auch in anderen Anwendungen außerhalb des IT-Bereichs, insbesondere in Antriebssträngen. Verschiedene Anwendungen, darunter Fahrzeuge, Haushaltsgeräte usw., nutzen Stromversorgungssysteme mit Li-Ionen-Akkus: z. B. unterstützte Fahrräder, Elektromotorräder, Transferroboter, Elektrowerkzeuge, Staubsaugerstäbe oder -roboter, elektrische Zahnbürsten, Rasierapparate, E-Zigaretten und Hörgeräte. Die bemerkenswerteste Anwendung sind Fahrzeuge, da sie die größte Anwendung darstellen, die dem Markt für Li-Ionen-Akkus in Zukunft ein Wachstum ermöglichen wird. Zunächst wurden in Fahrzeugen auch Nickel-Metallhydrid-Akkus verwendet, aber die Verwendung von Li-Ionen-Akkus hat stetig zugenommen. Insbesondere das in den Vereinigten Staaten ansässige Unternehmen T hat einen Durchbruch erzielt, indem es seine Elektrofahrzeuge mit über 7.000 Li-Ionen-Akkus der Größe 18650 ausstattete, die normalerweise in tragbaren Geräten verwendet werden. Ich wäre nie auf die Idee gekommen, ein Auto mit Batterien in Trockenzellengröße zu betreiben.

Mit der Einführung von Li-Ionen-Akkus in verschiedenen Anwendungen änderten sich auch die Kunden für uns IC-Hersteller allmählich. Von Beginn der Markteinführung an wurde den Lithium-Ionen-Akkus das Risiko der Hitzeentwicklung und der Entladung durch Überladung, Kurzschluss usw. nachgesagt, so dass die Akkuzellen allein nicht einmal an B-to-B-Kunden verkauft wurden; sie wurden nur in Form von Akkupacks mit von den Akkuherstellern konstruierten Schutzschaltungen verkauft. Das bedeutet, dass die Akkuhersteller nicht nur Akkuzellen und -packs entwickelten, sondern auch Schutzschaltungen entwarfen, so dass wir IC-Hersteller unsere Schutz-ICs bewarben und an die Akkuhersteller verkauften. Der Vertrieb von Li-Ionen-Akkus änderte sich jedoch allmählich. Einige Hersteller begannen, Akkupacks in Taiwan zu entwickeln und zu montieren, das zu dieser Zeit für seine PC-Montagewerke bekannt war. Außerdem begann man, Akkuzellen nicht nur in Japan, sondern auch in China und Südkorea zu entwickeln und zu produzieren, was es leicht machte, nackte Akkuzellen, so genannte Bare Cells, zu erhalten. Dies führte zum Aufkommen von Herstellern, die Schutzschaltungen und Zellen herstellten und Akkupacks produzierten.
In der Folgezeit nahm die Zahl der auf die Entwicklung von Akkupacks spezialisierten Hersteller in China und Südkorea zu, und nach und nach entstanden auch Modulhersteller, die sich ausschließlich auf Schutzschaltungen konzentrierten. Infolgedessen wurde die Produktion von Li-Ionen-Akkupacks in drei Bereiche aufgeteilt, die jeweils den Entwicklern von Li-Ionen-Zellen, den Entwicklern von Schutzschaltungen und den Fabriken für die Montage von Akkupacks überlassen wurden. In Übereinstimmung mit dieser veränderten Situation änderten wir IC-Hersteller unsere Kunden von Akkuzellenherstellern zu Entwicklern von Schutzschaltungen. Die Entwicklungslinie hat sich weiterentwickelt, und die Anwendungshersteller haben eine Entwicklungsabteilung für Akkupacks eingerichtet. Gegenwärtig hat sich eine Produktionsweise durchgesetzt, bei der die Anwendungshersteller die grundlegenden Schaltungen entwickeln, während die Fabriken in China und/oder Taiwan die Akkupacks zusammenbauen und produzieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kunden in unserer Kontaktliste als IC-Hersteller von Akkuzellenherstellern zu Akkupackherstellern, von Akkupackherstellern zu Schutzschaltungsmodulherstellern und von Schutzschaltungsmodulherstellern zu Anwendungsherstellern wechselten.

Zunächst wurden Lithium-Ionen-Akkus in zylindrischen 18650er-Paketen auf den Markt gebracht, und die Form der Akkupakete entwickelte sich vom rechteckigen Typ zum Beuteltyp. Vor allem das Erscheinen der Pouch-Batteriepacks ermöglichte es, Li-Ionen-Akkus frei in Größe und Form herzustellen, was zu einer größeren Vielfalt von Anwendungen führte, die Li-Ionen-Akkus einsetzen.

Gegenwärtig denken viele Konstrukteure zuerst an Li-Ionen-Akkus als Energiequelle, wenn sie akkubetriebene Systeme in Betracht ziehen, nicht wahr? Ich vermute, dass die Zahl der Anwendungen, die Li-Ionen-Akkus verwenden, zunehmen wird. Andererseits vermute ich auch, dass viele Menschen daran interessiert sind, wie die Post-Li-Ionen-Akkus aussehen werden. Ich hoffe, ich kann zu einem anderen Zeitpunkt über Post-Li-Ionen-Akkus sprechen.

• Die Entwicklung der Funktionen von den Anfängen bis zur Gegenwart - Geschichte der Li-Ionen-Batterieschutz-ICs - Folge 1
   
• Entwicklung von Leistung und Gehäuse von den Anfängen bis heute - Geschichte der Li-Ionen-Batterieschutz-ICs - Folge 2
   
• Veränderungen bei den Anwendungen von Li-Ionen-Akkus - Geschichte der Li-Ionen-Batterieschutz-ICs - Folge 3
   
• Maßnahmen bei Problemen mit Li-Ionen Akku-Schutzschaltungen - Folge 4
   
• Die Zukunft der Li-Ionen-Batterieschutz-ICs - Folge 5