Звичайна батарея акумуляторів говорити не вміє, вона - німа, тому що по ній дуже складно визначити ступінь її заряду, або її стан. Користувачеві залишається лише розраховувати, що акумулятор відключений від зарядного пристрою справно виконає свої функції.
Існують різні типи розумних акумуляторних батарей, що відрізняються кількістю функцій, продуктивністю і вартістю. Найбільш простими вважаються акумуляторні батареї з вбудованим чіпом, призначеним для ідентифікації типу акумулятора в багатофункціональних зарядний пристрій, для того щоб автоматично встановити правильний алгоритм заряду. Акумуляторні батареї з вбудованим захистом від перезаряду, недозаряд і короткого замикання, розумними називати не слід.
Найбільш досконалі розумні батареї забезпечують визначення стану заряду. Перші чіпи для розумних батарей з'явилися на початку 90-их років. Зараз їх виробництвом займається велика кількість компаній. В кінці 90-их років була розроблена архітектура розумних акумуляторних батарей з можливістю зчитування ступеня їх заряду. Це були 1- та 2-провідні системи. Більшість 2-провідних систем діє по протоколу SMBus (System Management Bus).
Акумуляторні батареї з 1-провідним інтерфейсом 1-Wire
Системи з 1-провідним інтерфейсом 1-Wire належать до найбільш простим, і обмін даними в них реалізовується по одному дроту. Акумуляторна батарея з вбудованою системою з 1-провідним інтерфейсом 1-Wire має тільки три висновки: позитивний, негативний і висновок інформації. Деякі виробники в цілях безпеки висновок датчика температури роблять окремо (рисунок 1).
Рис.1. Схема акумуляторної батареї з 1-провідним інтерфейсом
Сучасні батареї з 1-провідним інтерфейсом 1-Wire зберігають специфічні дані про акумулятор і відстежують його температуру, напругу, струм, ступінь заряду. Через простоту і відносно низьку ціну вони знайшли широке застосування для акумуляторів мобільних телефонів, портативних радіостанцій.
Більшість акумуляторних батарей з 1-провідним інтерфейсом 1-Wire не мають загального форм-фактора, не стандартизовані в них і способи вимірювання стану акумулятора. Все це в цілому породжує проблему концепції універсального зарядного пристрою. Крім того, батареї з 1-провідним інтерфейсом 1-Wire дозволяють визначати стан акумулятора тільки в тому випадку, якщо батарея встановлена в спеціально розроблене під цю систему зарядний пристрій.
Акумуляторні батареї з шиною SMBus
SMBus - найбільш досконала з усіх систем, так як є стандартом для портативних електронних пристроїв і використовує єдиний стандартний протокол обміну даними. SMBus вдає із себе 2-провідний інтерфейс, за допомогою якого прості мікросхеми системи електроживлення можуть обмінюватися даними з системою. По одному дроту передаються дані, інакше - сигнали синхронізації (малюнок 2). Основу цієї шини становить архітектура шини I 2C. Розроблена фірмою Philips, шина I 2C є синхронну многоточечную систему двонаправленого обміну даними, що діє при частоті синхронізації 100 кГц.
Рис.2. Схема акумуляторної батареї з шиною SMBus
Системна архітектура розумних акумуляторних батарей, яка використовується в даний час, була стандартизована компаніями Duracell / Intel ще в 1993 р До цього виробники портативних комп'ютерів розробляли власні розумні батареї. На основі нової специфікації був побудований універсальний інтерфейс, що до того ж дозволило обійти окремі перешкоди, пов'язані з патентованої інтелектуальною власністю.
Перші зразки акумуляторних батарей з SMBus мали проблеми: електронні схеми не забезпечували обробки даних з достатньою точністю, що не забезпечувалося відображення як значення струму, так і значень напруги і температури в режимі реального часу. Було і безліч інших значних проблем. В результаті практично всі технічні рішення, що стосуються реалізації розумної батареї на базі SMBus, були модифіковані.
Сенс нових рішень полягав в тому, щоб перенести функції управління процесом заряду з зарядного пристрою на акумуляторну батарею. Тепер вже не зарядний пристрій, а сама батарея з системою на основі SMBus задавала алгоритм власного заряду. Таким чином, забезпечувалися сумісність зарядних пристроїв з батареями різних типів, правильна установка значень струму і алгоритму заряду, точне від'єднання батареї в момент закінчення заряду. І, що важливо, користувачеві стало непотрібним знати, акумулятор якого типу він використовує, - всі ці турботи батарея брала на себе, а його функції зводилися тільки до того, щоб вчасно її заряджати.
Розглянемо, що ж таке розумна акумуляторна батарея зсередини. Батарея з системою SMBus має мікросхему, в якій запрограмовані постійні і тимчасові дані. Постійні дані програмують на заводі-виробнику, і вони включають ідентифікаційний номер батареї, відомості про її типі, заводський номер, найменування виробника та дату випуску. Тимчасові дані - це ті дані, які періодично оновлюються. До них належать кількість циклів заряду, призначені для користувача дані і експлуатаційні вимоги.
SMBus розділяється на три рівні. Рівень 1 в даний час не застосовується, тому що не забезпечує заряд різних за типом акумуляторних батарей. Рівень 2 призначений для внутрисхемного заряду. Приклад цього - акумуляторна батарея ноутбука, яка заряджається, будучи встановленої. Рівень 3 зарезервований для застосування в багатофункціональних зовнішніх зарядний пристрій. На жаль, через складність такі зарядні пристрої виходять дорогими.
Акумуляторні батареї з SMBus мають і недоліки. Навіть найпростіші з них приблизно на 25% дорожче звичайних акумуляторних батарей. Незважаючи на те, що розумні батареї були призначені для того, щоб спростити конструкцію зарядних пристроїв, зарядні пристрої рівня 3 обходяться набагато дорожче зарядних пристроїв для звичайних акумуляторів.
Існує і ще одна проблема - необхідність калібрування. Справа в тому, що в процесі використання батарея може працювати при різних токах навантаження, і її розряд може бути неповним. При цьому часто трапляється так, що вона запам'ятовує поточний стан ємності, яка не відповідає істинному значенню. Тому періодично слід переучувати батарею, для того щоб вона при встановленні алгоритму заряду враховувала свою реальну ємність. Виконується це шляхом виконання циклу повного розряду з подальшим повним зарядом. Періодичність такої операції - орієнтовно один раз в три місяці або через кожні 40 циклів заряд / розряд. Такий же цикл слід провести і після тривалого зберігання батареї, перед її введенням в експлуатацію.
Недоліком є і проблема несумісності: більш пізні і більш досконалі версії SMBus несумісні з більш ранніми варіантами.
Матеріал сайту: www.powerinfo.ru