6.1. Системы с 1-проводным интерфейсом 1-Wire

Системы с 1-проводным интерфейсом 1-Wire® относятся к наиболее простым, и обмен данными в них осуществляется по одному проводу. Батарея со встроенной системой с 1 -проводным интерфейсом 1-Wire® имеет всего три вывода: положительный, отрицательный и вывод данных (Data). Некоторые производите­ли в целях безопасности вывод датчика температуры выполняют отдельно (рис. 6.1).

Современные системы с 1-проводным интерфейсом 1-Wire® хранят специфические данные о батарее и отслеживают ее тем­пературу, напряжение, ток, степень заряда. Из-за простоты и сравнительно низкой цены они нашли широкое применение в батареях мобильных телефонов, портативных радиостанций, ви­деокамер.

Рис. 6.1. Структурная схема Smart-батареи с 1-проводным интерфейсом 1-Wire®

Большинство систем с 1-проводным интерфейсом 1-Wire® не имеют общего форм-фактора, не стандартизованы в них и мето-

118

«Разумные » батареи

«Разумные» батареи

119

ды измерения состояния батарей. Все это в целом вызывает проблему концепции универсального зарядного устройства. Кроме того, системы с 1-проводным интерфейсом 1-Wire® по­зволяют определять состояние батареи только в том случае, если она установлена в специально разработанное под эту систему за­рядное устройство.

6.2. Системы с шиной smBus

Синхронизация

Данные 0100001000

Рис. 6.2. Структурная схема Smart-батареи с шиной SMBus

SMBus — наиболее совершенная из всех систем, поскольку является стандартом для портативных электронных устройств и использует единый стандартный протокол обмена данными. SMBus представляет собой 2-проводной интерфейс, посредством которого простые микросхемы системы электропитания могут обмениваться данными с системой. По одному проводу переда­ются данные, по другому — сигналы синхронизации (рис. 6.2). Основу этой шины составляет архитектура шины I²С. Разрабо-

танная фирмой Philips, шина I²С представляет собой синхрон­ную многоточечную систему двунаправленного обмена данны­ми, работающую при частоте синхронизации 100 кГц.

Системная архитектура разумных батарей, используемая в настоящее время, была стандартизована компаниями Dura-cell/Intel еще в 1993 г. До этого производители портативных компьютеров разрабатывали собственные разумные батареи. На основе новой спецификации был создан универсальный интер­фейс, что к тому же позволило обойти некоторые препятствия, связанные с патентованной интеллектуальной собственностью.

Назло принятому стандарту многие крупные производители компьютеров, такие, как IBM, Compaq, Toshiba, продолжили выпуск аккумуляторных батарей собственного производства. Они мотивировали свое решение тем, что не могут гарантиро­вать безопасности и качества батарей сторонних производите­лей. Этими компаниями были разработаны собственные форм-факторы аккумуляторных батарей с целью эффективного использования определенного для батареи объема, снижения веса и габаритов производимых ноутбуков. В результате отсутст­вия конкуренции в этой нише рынка оригинальные батареи продаются по завышенным ценам.

Первые образцы аккумуляторных батарей с SMBus имели проблемы: электронные схемы не обеспечивали обработки ин­формации с достаточной точностью, не обеспечивалось отобра­жение как значения тока, так и значений напряжения и темпе­ратуры в режиме реального времени. Существовало и множество других существенных проблем. В результате практически все технические решения, касающиеся реализации разумной бата­реи на основе SMBus, были пересмотрены.

Смысл новых решений заключался в том, чтобы переложить функции управления процессом заряда с зарядного устройства на аккумуляторную батарею. Теперь уже не зарядное устройство, а сама батарея с системой на основе SMBus задавала алгоритм своего заряда. Таким образом, обеспечивались совместимость зарядных устройств с батареями различных типов, правильная установка значений тока и алгоритма заряда, точное отключение батареи в момент окончания заряда. И, что немаловажно, поль­зователю стало ненужным знать, какого типа батареей он поль­зуется, — все эти заботы она брала на себя, а его функции сво­дились только к тому, чтобы своевременно ее заряжать.

120

«Разумные » батареи

«Разумные» батареи

121

Рассмотрим, что же такое разумная батарея изнутри. Батарея с системой SMBus имеет микросхему, в которой запрограммиро­ваны постоянные и временные данные. Постоянные данные программируют на заводе-изготовителе, и они включают иден­тификационный номер батареи, данные о ее типе, заводской но­мер, наименование производителя и дату выпуска. Временные данные — это те данные, которые периодически обновляются. К ним относятся количество циклов заряда, пользовательские данные и эксплуатационные требования.

SMBus делится на три уровня. Уровень 1 (Level 1) в настоя­щее время не используется, т. к. не обеспечивает заряд различ­ных по типу батарей. Уровень 2 (Level 2) предназначен для внут­рисхемного заряда. Пример этого — батарея ноутбука, которая заряжается, будучи установленной. Уровень 3 (Level 3) зарезер­вирован для применения в многофункциональных внешних за­рядных устройствах. Большинство внешних зарядных устройств построено на основе SMBus Level 3. К сожалению, из-за слож­ности такие зарядные устройства получаются дорогими.

Среди различных типов разумных батарей наиболее попу­лярны батареи форм-факторов 35 и 202 (рис. 6.3), выпускаемые такими компаниями, как Sony, Hitachi, Golden Peak Batteries (GP), Moltech (бывшая компания Energizer), Moli Energy и мно­гими другими.

Аккумуляторные батареи с SMBus имеют и недостатки. Даже самые простые из них примерно на 25 % дороже обычных бата-

рей. Несмотря на то, что разумные батареи были предназначены для того, чтобы упростить конструкцию зарядных устройств, за­рядные устройства уровня 3 стоят намного дороже зарядных устройств для обычных батарей.

Имеется и еще одна проблема — необходимость калибровки. Дело в том, что в процессе эксплуатации батарея может работать при различных токах нагрузки, и ее разряд может быть непол­ным. При этом часто происходит так, что она «запоминает» те­кущее состояние емкости, которое не соответствует реальному значению. Поэтому периодически следует «переучивать» бата­рею, для того чтобы она при определении алгоритма заряда учи­тывала свою реальную емкость. Делается это путем выполнения цикла полного разряда с последующим полным зарядом. Перио­дичность такой операции — примерно один раз в три месяца или через каждые 40 циклов заряд/разряд. Такой же цикл следу­ет провести и после длительного хранения батареи, перед ее вво­дом в эксплуатацию.

Недостатком является и проблема несовместимости: более поздние и более совершенные версии SMBus несовместимы с более ранними версиями.

35

202

Рис. 6.3. Smart-батареи форм-факторов 35 и 202

Методы разряда аккумуляторных батарей

123