電池に関するシンポジウムの講演者によると、「野生動物である電池を人工知能が飼い慣らしている」という。バッテリーを使用すると、その変化を確認するのは困難です。完全に充電されているか空であるか、新品か磨耗して交換が必要かどうかにかかわらず、見た目は常に同じです。対照的に、自動車のタイヤは空気が少なくなると変形し、トレッドが摩耗すると寿命の合図になります。

バッテリーの欠点は次の 3 つにまとめられます。[1] ユーザーはパックの残り時間がどれくらいかわかりません。[2] ホストは、バッテリーが電力要件を満たすことができるかどうか確信がありません。[3] 充電器は各バッテリーのサイズと化学的性質に合わせてカスタマイズする必要があります。「スマート」バッテリーはこれらの欠点の一部に対処すると約束されていますが、解決策は複雑です。

バッテリーのユーザーは通常、バッテリー パックを燃料タンクのように液体燃料を供給するエネルギー貯蔵システムとして考えています。わかりやすくするためにバッテリーをそのように考えることもできますが、電気化学デバイスに蓄えられたエネルギーを定量化することははるかに困難です。

リチウム電池の性能を制御するプリント基板が存在するため、リチウムはスマートバッテリーとして認識されています。ただし、標準の密閉型鉛蓄電池には、その性能を最適化するための基板制御がありません。

スマートバッテリーとは何ですか?

バッテリー管理システムが組み込まれているバッテリーはすべてスマートとみなされます。コンピューターや携帯電子機器などのスマート ガジェットで頻繁に利用されています。スマートバッテリーには、内部に電子回路とセンサーが含まれており、ユーザーの健康状態や電圧、電流レベルなどの特性を監視し、それらの測定値をデバイスに中継できます。

スマート バッテリーは、独自の充電状態と健康状態のパラメーターを認識する機能を備えており、デバイスは専用のデータ接続を介してこれらのパラメーターにアクセスできます。スマート バッテリーは、非スマート バッテリーとは対照的に、すべての関連情報をデバイスとユーザーに伝達し、情報に基づいた適切な意思決定を可能にします。一方、非スマート バッテリーにはその状態をデバイスやユーザーに通知する方法がないため、予測できない動作が発生する可能性があります。たとえば、バッテリーは、充電が必要な場合、寿命が近づいている場合、または何らかの形で損傷した場合にユーザーに警告を発し、交換品を購入できるようにすることができます。交換が必要な場合にはユーザーに警告することもできます。こうすることで、重要な瞬間に誤動作する可能性がある、古いデバイスによってもたらされる予測不可能性の多くを回避できます。

スマートバッテリーの仕様

製品のパフォーマンス、安全性、効率を向上させるために、バッテリー、スマート充電器、ホストデバイスはすべて相互に通信します。たとえば、スマート バッテリーは、継続的かつ一貫したエネルギー使用のためにホスト システムにインストールするのではなく、必要なときに充電する必要があります。スマート バッテリーは、充電、放電、または保管中に容量を常に監視します。バッテリー温度、充電率、放電率などの変化を検出するために、バッテリーゲージは特定の要素を利用します。スマートバッテリーは通常、自己バランスと適応可能な特性を備えています。満充電状態で保管するとバッテリーの性能が損なわれます。バッテリーを保護するために、スマート バッテリーは必要に応じてストレージ電圧まで放電し、必要に応じてスマート ストレージ機能をアクティブにすることができます。

スマート バッテリーの導入により、ユーザー、機器、バッテリーはすべて相互に通信できるようになります。バッテリーがどの程度「スマート」であるかについては、メーカーと規制機関によって異なります。最も基本的なスマート バッテリーには、バッテリー充電器に適切な充電アルゴリズムを使用するように指示するチップのみが含まれている場合があります。しかし、スマート バッテリー システム (SBS) フォーラムは、エラーの許されない医療、軍事、コンピューター機器に不可欠な最先端の表示を要求しているため、これをスマート バッテリーとはみなさないでしょう。

安全性が主な懸念事項の 1 つであるため、システム インテリジェンスはバッテリー パック内に組み込まれている必要があります。バッテリーの充電を制御するチップは SBS バッテリーによって実装されており、閉ループで SBS バッテリーと対話します。化学電池は、充電器にアナログ信号を送信し、電池が満杯になると充電を停止するように指示します。温度センシングが追加されました。現在、多くのスマート バッテリー メーカーは、集積回路 (IC) チップ テクノロジを単線または 2 線システムに統合する、システム管理バス (SMBus) として知られる残量ゲージ テクノロジを提供しています。

Dallas Semiconductor Inc.は、低速通信に単線を使用する測定システム「1-Wire」を発表しました。データとクロックは結合され、同じ回線を介して送信されます。受信側では、位相コードとしても知られるマンチェスター コードがデータを分割します。バッテリーのコードとデータ (電圧、電流、温度、SoC の詳細など) は 1-Wire によって保存され、追跡されます。ほとんどのバッテリーでは、セキュリティ目的で別の温度感知ワイヤーが配線されています。このシステムには充電器と独自のプロトコルが含まれています。Benchmarq 単線システムでは、健全性 (SoH) 評価により、ホスト デバイスを割り当てられたバッテリーに「結合」する必要があります。

1-Wire は、ハードウェアコストが低いため、バーコードスキャナーバッテリー、双方向無線バッテリー、軍用バッテリーなど、コストに制約のあるエネルギー貯蔵システムにとって魅力的です。