Einzelne Terminierungskriterien sind nur Zutaten; ein Serienladegerät ist eine Zustandsmaschine, die Vorlade-Qualifikation, Schnellladen, einen Satz paralleler Terminierungstests, Top-Off und Impuls-Erhaltung in eine Reihenfolge bringt und unter jedem Fehler deterministisch zwischen ihnen wechselt. Diese abschließende Arbeit der Terminierungsgruppe zeigt, wie die Kriterien mit ODER-Logik integriert werden, und geht eine kanonische Silizium-Realisierung durch – die Texas-Instruments-Familie bq2002/bq2002F für das Schnelllade-Management – um zu zeigen, wie abstrakte Elektrochemie zu widerstandsgewählten Schwellen, Pin-Zuständen und LED-Status in einem Acht-Pin-Controller wird; daraus leitet sie die allgemeine Architektur ab, die jedes mikrocontrollerbasierte Ladegerät nachbilden sollte.
Ein vollständiger Controller durchläuft: Einschalt- und Batterieeinlege-Erkennung; Qualifikation, die prüft, ob Spannung und Temperatur innerhalb des Schnelllade-Fensters liegen, und für eine tiefentladene Zelle einen kleinen Konditionierungsstrom fahren kann; Schnellladen bei Konstantstrom; kontinuierlich laufende Terminierungsauswertung; optionales Top-Off bei reduziertem Strom; und Impuls-Erhaltungsladung. Jeder Zustand hat explizite Eintritts- und Austrittsbedingungen, sodass der Controller nie ohne einen definierten Ausweg im Schnellladen verharren kann.
Das bq2002-Datenblatt beschreibt genau diese Struktur – Schnellladen mit optionalem Top-Off und Impuls-Erhaltungssteuerung einer strombegrenzten oder Konstantstrom-Versorgung – und unterbindet das Schnellladen, wenn Batterietemperatur und Spannung außerhalb konfigurierter Grenzen liegen; das veranschaulicht, dass die Qualifikation ein Sicherheitstor und keine Formsache ist.
Während des Schnellladens wertet der Controller -ΔV, die Temperaturanstiegsrate, Maximalspannung, Maximaltemperatur und Maximalzeit parallel aus und terminiert, sobald IRGENDEINES erfüllt ist: eine ODER-Entscheidung, weil jedes Kriterium einen anderen Ausfallmodus abdeckt und kein einzelnes über das gesamte Fenster zuverlässig ist. Die Terminierung ist bewusst nicht UND-verknüpft, was verlangen würde, dass alle Signale übereinstimmen, und Überladen garantiert, wann immer ein Kanal schwach ist.
Die Terminierungsliste des Datenblatts – Temperaturanstiegsrate, Maximalspannung, Maximaltemperatur, Maximalzeit neben -ΔV – ist der kanonische Satz; ein Entwickler konfiguriert jeden Schwellen so, dass unter Nominalbedingungen der „natürliche“ Terminator (-ΔV oder dT/dt) zuerst wirkt, während die Maxima und der Zeitgeber komfortabel als Fehlerschutz in Reserve bleiben.
In einer Acht-Pin-DIP/SOIC-Implementierung wählen wenige Pins die Chemie- und Timing-Optionen, messen die Batteriespannung über einen Teiler, lesen eine NTC-abgeleitete Temperaturspannung, treiben eine Status-LED und steuern den Leistungspfad, der den Ladestrom setzt; eine interne Bandgap-Referenz liefert stabile Vergleichspegel. Widerstandswerte an den Timing- und Temperaturpins kodieren die maximale Schnellladezeit, die Top-Off-Dauer und das Temperaturfenster und verlagern die Richtlinie aus der Firmware in eine Stückliste.
Dieselbe Architektur taucht über Hersteller und Generationen hinweg auf – die Lade-Demonstrationsboards von ST implementieren Negativ-ΔV mit Wechsel auf Erhaltung bei Terminierung, und dedizierte Einzelport-Controller-ICs bündeln dieselben Kriterien – sodass das Verständnis einer solchen Zustandsmaschine auf die gesamte NiMH-Lade-IC-Landschaft übertragbar ist.
Ein Mikrocontroller ersetzt widerstandsgewählte Schwellen durch Software und ermöglicht Anpassung an die Zellenzahl, Protokollierung, Mehrchemie-Profile und adaptive Schwellen, die aus dem laufenden Laden gelernt werden; er fügt auch Verantwortung hinzu – ADC-Kalibrierung, Entprellung, einen zuverlässigen unabhängigen Watchdog und ausfallsichere Leistungssteuerung, damit ein Firmwarefehler keinen fließenden Strom hinterlassen kann. Die hardwareabgeleitete Zustandsmaschine bleibt das korrekte konzeptionelle Modell; der MCU macht ihre Schwellen einfach zu Daten statt zu Widerständen.
Moderne Designs fügen zunehmend einen zweiten MCU oder Supervisor hinzu, der die absoluten Temperatur- und Zeitgrenzen unabhängig durchsetzt, sodass ein Softwareabsturz das Sicherheitsnetz nicht außer Kraft setzen kann – dasselbe Prinzip der gestaffelten Verteidigung wie bei den Kriterien selbst, angewendet auf den Controller.
Die gesamte Terminierungslogik setzt einen kontrollierten Ladestrom voraus: Der Controller regelt eine Konstantstrom- oder strombegrenzte Quelle, weil -ΔV und dT/dt nur bei bekanntem, stabilem Strom interpretierbar sind. Ein Schalt-Abwärtswandler mit Stromregelung (Current-Mode) liefert Effizienz; ein Linearregler liefert Einfachheit auf Kosten der Wärme – der leistungselektronische Trade wird in einer späteren Gruppe entfaltet. Die Zustandsmaschine befiehlt Strompegel (Schnell, Top-Off, Erhaltung, Null), und die Leistungsstufe führt sie aus.
Die erste Figur stellt die Zustandsmaschine und ihre ODER-Terminierung diagrammartig dar; die zweite bewertet, wie jedes Kriterium das Betriebsfenster abdeckt, und zeigt die nicht überlappende Ausfallabdeckung, die nahelegt, sie zu kombinieren, statt eine einzelne „beste“ Methode zu wählen.
Integrationstests folgen dem Zustandsdiagramm: Jeden Übergang in einer Temperaturkammer fahren, jeden Terminator nacheinander erzwingen, um zu bestätigen, dass er das Schnellladen stoppt, beweisen, dass Zeitgeber und absolute Grenzen wirken, wenn die natürlichen Signale unterdrückt sind, und Top-Off- und Erhaltungsströme sowie -dauern gegen die Grenzen des Zellherstellers verifizieren. Ein Ladegerät ist nur dann korrekt, wenn jeder Pfad durch die Zustandsmaschine in einer sicheren, angemessen geladenen Zelle endet.
Weijiang unterstützt diese Mitvalidierung durch Lieferung der Spannungsspitzen-, Temperatur- und Timing-Charakterisierung, die jeden Schwellen setzen, und stellt sicher, dass die nominalen und Backup-Terminatoren der Zustandsmaschine auf die tatsächlichen Zellen kalibriert sind, die sie laden wird. Nachdem Elektrochemie- und Terminierungsgrundlagen gelegt sind, untersucht die Serie als Nächstes, wie aggressiv Strom getrieben werden kann – die Wissenschaft und die Grenzen des Schnell- und Impulsladens.
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