به گفته یکی از سخنرانان سمپوزیوم باتری‌ها، «هوش مصنوعی باتری را که یک حیوان وحشی است، رام می‌کند.» مشاهده تغییرات در باتری هنگام استفاده دشوار است؛ چه کاملاً شارژ باشد چه خالی، چه نو باشد چه فرسوده و نیاز به تعویض داشته باشد، همیشه یکسان به نظر می‌رسد. در مقابل، لاستیک خودرو وقتی کم باد باشد تغییر شکل می‌دهد و وقتی آج‌های آن ساییده می‌شود، پایان عمر خود را نشان می‌دهد.

سه مشکل، معایب یک باتری را خلاصه می‌کنند: [1] کاربر از مدت زمان باقی‌مانده از باتری مطمئن نیست؛ [2] میزبان از اینکه آیا باتری می‌تواند نیاز به برق را برآورده کند یا خیر، مطمئن نیست؛ و [3] شارژر باید برای هر اندازه و ترکیب باتری سفارشی‌سازی شود. باتری «هوشمند» وعده می‌دهد که برخی از این کاستی‌ها را برطرف کند، اما راه‌حل‌ها پیچیده هستند.

کاربران باتری معمولاً یک بسته باتری را به عنوان یک سیستم ذخیره انرژی در نظر می‌گیرند که سوخت مایع را مانند یک مخزن سوخت توزیع می‌کند. برای سادگی می‌توان یک باتری را اینگونه در نظر گرفت، اما اندازه‌گیری انرژی ذخیره شده در یک دستگاه الکتروشیمیایی بسیار دشوارتر است.

از آنجایی که برد مدار چاپی که عملکرد باتری لیتیومی را کنترل می‌کند، وجود دارد، لیتیوم به عنوان یک باتری هوشمند در نظر گرفته می‌شود. با این حال، یک باتری سرب اسیدی مهر و موم شده استاندارد هیچ کنترل بردی برای بهینه سازی عملکرد خود ندارد.

باتری هوشمند چیست؟

هر باتری که دارای سیستم مدیریت باتری داخلی باشد، هوشمند محسوب می‌شود. این سیستم اغلب در گجت‌های هوشمند، از جمله رایانه‌ها و لوازم الکترونیکی قابل حمل، مورد استفاده قرار می‌گیرد. یک باتری هوشمند شامل یک مدار الکترونیکی در داخل و حسگرهایی است که می‌توانند ویژگی‌هایی مانند سلامت کاربر و همچنین سطح ولتاژ و جریان را کنترل کرده و آن داده‌ها را به دستگاه منتقل کنند.

باتری‌های هوشمند توانایی تشخیص پارامترهای وضعیت شارژ و وضعیت سلامت خود را دارند که دستگاه می‌تواند از طریق اتصالات داده تخصصی به آنها دسترسی داشته باشد. یک باتری هوشمند، برخلاف باتری غیرهوشمند، می‌تواند تمام اطلاعات مربوط را به دستگاه و کاربر منتقل کند و امکان تصمیم‌گیری‌های آگاهانه مناسب را فراهم کند. از سوی دیگر، یک باتری غیرهوشمند هیچ راهی برای اطلاع‌رسانی به دستگاه یا کاربر در مورد وضعیت خود ندارد، که می‌تواند منجر به عملکرد غیرقابل پیش‌بینی شود. به عنوان مثال، باتری می‌تواند در صورت نیاز به شارژ یا نزدیک شدن به پایان عمر خود یا آسیب دیدن به هر نحوی، به کاربر هشدار دهد تا بتوان جایگزینی برای آن خریداری کرد. همچنین می‌تواند در صورت نیاز به تعویض، به کاربر هشدار دهد. با انجام این کار، می‌توان از بسیاری از غیرقابل پیش‌بینی بودن‌های ناشی از دستگاه‌های قدیمی‌تر - که می‌توانند در لحظات حیاتی دچار نقص شوند - جلوگیری کرد.

مشخصات باتری هوشمند

به منظور بهبود عملکرد، ایمنی و کارایی محصول، باتری، شارژر هوشمند و دستگاه میزبان همگی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. به عنوان مثال، باتری هوشمند باید فقط در صورت لزوم شارژ شود، نه اینکه برای استفاده مداوم و مداوم از انرژی، روی سیستم میزبان نصب شود. باتری‌های هوشمند هنگام شارژ، دشارژ یا ذخیره سازی، دائماً ظرفیت خود را کنترل می‌کنند. برای تشخیص تغییرات در دمای باتری، میزان شارژ، میزان دشارژ و غیره، نشانگر باتری از عوامل خاصی استفاده می‌کند. باتری‌های هوشمند معمولاً دارای ویژگی‌های خود متعادل کننده و سازگار هستند. عملکرد باتری با ذخیره کامل شارژ آسیب می‌بیند. برای محافظت از باتری، باتری هوشمند می‌تواند در صورت نیاز تا ولتاژ ذخیره سازی تخلیه شود و در صورت لزوم عملکرد ذخیره سازی هوشمند را فعال کند.

با معرفی باتری‌های هوشمند، کاربران، تجهیزات و باتری همگی می‌توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. تولیدکنندگان و سازمان‌های نظارتی در مورد میزان «هوشمند» بودن یک باتری اختلاف نظر دارند. اساسی‌ترین باتری هوشمند ممکن است فقط شامل یک تراشه باشد که به شارژر باتری دستور می‌دهد از الگوریتم شارژ مناسب استفاده کند. اما، انجمن سیستم باتری هوشمند (SBS) به دلیل نیاز به نشانگرهای پیشرفته، که برای تجهیزات پزشکی، نظامی و رایانه‌ای ضروری هستند و جایی برای خطا وجود ندارد، آن را باتری هوشمند نمی‌داند.

هوش سیستم باید درون بسته باتری قرار گیرد زیرا ایمنی یکی از دغدغه‌های اصلی است. تراشه‌ای که شارژ باتری را کنترل می‌کند توسط باتری SBS پیاده‌سازی شده است و در یک حلقه بسته با آن تعامل دارد. باتری شیمیایی سیگنال‌های آنالوگ را به شارژر ارسال می‌کند که به آن دستور می‌دهد هنگام پر شدن باتری، شارژ را متوقف کند. حسگر دما نیز به آن اضافه شده است. بسیاری از تولیدکنندگان باتری هوشمند امروزه یک فناوری سنجش سوخت به نام گذرگاه مدیریت سیستم (SMBus) ارائه می‌دهند که فناوری‌های تراشه مدار مجتمع (IC) را در سیستم‌های تک سیمه یا دو سیمه ادغام می‌کند.

شرکت دالاس سمی‌کانداکتور از سیستم اندازه‌گیری 1-Wire رونمایی کرد که از یک سیم برای ارتباط کم‌سرعت استفاده می‌کند. داده‌ها و یک ساعت با هم ترکیب شده و از طریق یک خط ارسال می‌شوند. در سمت گیرنده، کد منچستر که به عنوان کد فاز نیز شناخته می‌شود، داده‌ها را تقسیم می‌کند. کد باتری و داده‌ها، مانند ولتاژ، جریان، دما و جزئیات SoC آن، توسط 1-Wire ذخیره و ردیابی می‌شوند. در اکثر باتری‌ها، یک سیم حسگر دما جداگانه برای اهداف امنیتی اجرا می‌شود. این سیستم شامل یک شارژر و پروتکل خاص خود است. در سیستم تک سیم Benchmarq، ارزیابی وضعیت سلامت (SoH) مستلزم "پیوند" دستگاه میزبان با باتری اختصاص داده شده به آن است.

فناوری 1-Wire به دلیل هزینه سخت‌افزاری پایین، برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی با هزینه محدود مانند باتری‌های اسکنر بارکد، باتری‌های رادیو دوطرفه و باتری‌های نظامی جذاب است.