Hintergrund und Herausforderungen

Eine der größten Herausforderungen bei Batterien ist ihre fehlende direkte Kommunikation mit dem Nutzer. Der Ladezustand (SoC) oder der Zustand (SoH) einer Batterie lässt sich nicht anhand physikalischer Eigenschaften wie Gewicht, Farbe oder Größe bestimmen. Es gibt verschiedene Arten von „intelligenten“ Batterien auf dem Markt, die sich in Komplexität und Preis unterscheiden. Die einfachsten intelligenten Batterien enthalten möglicherweise nur einen Chip, der das Ladegerät für den entsprechenden Ladealgorithmus konfiguriert.

Was macht eine Batterie aus, die als „intelligent“ bezeichnet werden kann? Es besteht zwischen Organisationen und Herstellern kein Konsens über die Definition einer „intelligenten Batterie“. Nach Ansicht des SBS-Forums muss eine intelligente Batterie SoC-Werte liefern können. Hersteller bieten heute eine Reihe von Chips an, darunter Single-Wire-Systeme, Two-Wire-Lösungen und System Management Bus (SMBus)-Optionen.

Das Single-Wire-System ermöglicht die Datenkommunikation über ein einziges Kabel in Verbindung mit den Plus- und Minuspolen der Batterie. Zusätzlich überträgt das einzelne Datenkabel Taktinformationen. Aus Sicherheitsgründen verwenden viele Hersteller ein zusätzliches Kabel zur Temperaturmessung. Das System speichert den Batteriecode und erfasst wichtige Leistungsindikatoren wie Temperatur, Spannung, Stromstärke und Ladezustand (SoC). Aufgrund seiner geringen Kosten wird das Single-Wire-System häufig in hochwertigen Funkgeräten, Camcordern und tragbaren Geräten eingesetzt. Diesen Systemen fehlt jedoch häufig ein standardisierter Formfaktor und sie unterstützen keine einheitlichen SoH-Messungen (State of Health), was die universelle Ladegerätekompatibilität erschwert.

Der SMBus ist das umfassendste Kommunikationssystem, das derzeit auf dem Markt erhältlich ist. Er ist das Ergebnis der gemeinsamen Anstrengungen der Elektronikindustrie, ein einheitliches Protokoll und einen einheitlichen Datensatz zu entwickeln. Das 1993 standardisierte Duracell/Intel SBS verfügt über eine Zweidrahtschnittstelle mit separaten Leitungen für Daten- und Taktsignale. Dieses System ermöglicht die standardisierte Messung des Ladezustands (SoC) und des Funktionszustands (SoH). Hauptaufgabe des SMBus-Akkus ist die Übertragung der Ladesteuerung vom Ladegerät auf den Akku selbst. In einem echten SMBus-System fungiert der Akku als Master, während das Ladegerät als Slave fungiert und den Anweisungen des Akkus folgen muss.

Die „intelligente“ Batterie hat einige nennenswerte Nachteile, insbesondere in Bezug auf die Kosten. Eine SMBus-Batterie kostet typischerweise rund 25 % mehr als ihr „einfaches“ Pendant. Zudem erhöht die Integration einer intelligenten Batterie die Komplexität des Ladegerätdesigns, da die meisten Ladegeräte für intelligente Batterien hybride Bauformen sind und auch nicht-intelligente Batterien aufnehmen können. Ein weiteres potenzielles Problem der SMBus-Batterie ist die Möglichkeit der Nichtkonformität. Im Gegensatz zu strengeren Standards lässt das SMBus-Protokoll gewisse Abweichungen zu, was zu Kompatibilitätsproblemen mit bestehenden Ladegeräten führen kann. Daher ist es wichtig, die Kompatibilität einer SMBus-Batterie vor der Verwendung zu überprüfen.

Lösung

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