Краткое описание умной аккумуляторной системы

В компьютерной индустрии литий-ионные аккумуляторы - это дело любви и ненависти. Инциденты, произошедшие на заре использования литий-ионных батарей, все еще свежи в умах вовлеченных компаний. Они извлекли впечатляющий урок: ни при каких обстоятельствах нельзя превышать номинальные параметры литий-ионного аккумулятора, иначе вы обязательно вызовете взрыв или пожар.

Помимо химического состава аккумулятора или параметров электрода, для литий-ионного аккумулятора существует несколько определенных параметров, и если он превышает их, аккумулятор перейдет в неконтролируемое состояние. На диаграмме, объясняющей эти параметры (см. Карту параметров иона лития), любая точка за пределами соответствующей пороговой кривой выходит из-под контроля. По мере увеличения напряжения аккумулятора порог температуры снижается. С другой стороны, любое поведение, которое приводит к превышению напряжения батареи над расчетным значением, приведет к ее перегреву.

Остерегайтесь опасности, исходящей от зарядного устройства.

Производитель аккумуляторной батареи установил несколько уровней защиты аккумулятора и упаковки для предотвращения опасного перегрева. Однако в батарее есть компонент, который может привести к сбою этих мер и причинить вред. Это устройство является зарядным устройством.

Есть три способа повредить аккумуляторную литий-ионную батарею: слишком высокое напряжение батареи (наиболее опасная ситуация); зарядный ток слишком велик (чрезмерный зарядный ток вызывает эффект литиевого покрытия, которое вызывает нагрев); процесс зарядки не может быть завершен правильно или зарядка происходит при слишком низкой температуре.

Разработчики зарядных устройств для литий-ионных аккумуляторов принимают дополнительные меры предосторожности, чтобы избежать превышения допустимого диапазона этих параметров. Абсолютно безопасно гарантировать, что соответствующие параметры системы работают в безопасном диапазоне.

Например, спецификация интеллектуального зарядного устройства допускает отрицательное смещение -9%, но подчеркивает, что положительное отклонение не должно превышать 1%. Гарантированно соответствует стандартам безопасности смарт-аккумуляторов. Конечно, в реальном дизайне положительные и отрицательные отклонения случайны. Поэтому конструкция, соответствующая этой спецификации, часто устанавливает целевое значение напряжения зарядного устройства примерно на -4% от номинального значения.

Из-за неточности зарядного напряжения (будь то -4% или -9%) аккумулятор всегда недозаряжается. Боязнь потенциальной опасности литий-ионных батарей приводит к очень низкому использованию емкости батареи. По опыту отраслевых экспертов, даже после зарядки напряжение всего на 0,55% ниже номинального, а падение емкости достигает 15%.

Батарея встроена в компьютер

Принцип технологии умных аккумуляторов очень прост. Батарея встроена в небольшой компьютер, чтобы отслеживать и анализировать все данные о батарее, чтобы точно предсказать оставшуюся емкость батареи. Оставшуюся емкость аккумулятора можно напрямую преобразовать в оставшееся время работы портативного компьютера. Время работы можно сразу увеличить на 35% по сравнению с исходным методом контроля мощности, основанным только на контроле напряжения.

К сожалению, технология умных аккумуляторов может не так много. Если они не могут обмениваться данными со схемой зарядного устройства, они не могут определять свою рабочую среду или контролировать процесс зарядки.

В среде «интеллектуальной аккумуляторной системы» аккумулятор требует от интеллектуального зарядного устройства зарядить его при определенных условиях напряжения и тока. Затем интеллектуальное зарядное устройство отвечает за зарядку аккумулятора в зависимости от требуемых параметров напряжения и тока.

Зарядное устройство регулирует свою выходную мощность с помощью собственного внутреннего эталона напряжения и тока, чтобы соответствовать значению, запрошенному интеллектуальной батареей. Поскольку погрешность этих тестов может достигать -9%, процесс зарядки может закончиться лишь частично заряженным аккумулятором.

Более подробное понимание условий зарядки может выявить больше проблем, влияющих на эффективность зарядки литий-ионных аккумуляторов. Даже в самом идеальном случае, если предположить, что точность зарядного устройства составляет 100%, резистивный элемент между элементами зарядного устройства на пути зарядки вносит дополнительное падение напряжения, особенно во время фазы зарядки постоянным током. Эти дополнительные падения напряжения заставляют процесс зарядки преждевременно переходить в фазу постоянного напряжения из-за постоянного тока.

Поскольку падение напряжения, создаваемое резистором, постепенно уменьшается по мере уменьшения тока, зарядное устройство в конечном итоге завершает процесс зарядки. Однако время зарядки будет увеличено. Эффективность передачи энергии при зарядке постоянным током выше.

Устранение падения сопротивления

В идеале выход зарядного устройства точно исключает влияние падения напряжения на резисторе. Кто-то может предложить решение, в котором интеллектуальное зарядное устройство отслеживает и корректирует свою мощность, используя данные схемы интеллектуального мониторинга батареи на всех этапах процесса зарядки. Это возможно для системы с одним аккумулятором, но не для систем с двумя или несколькими аккумуляторами.

В системе с двумя батареями предпочтительно заряжать и разряжать две батареи одновременно, если это возможно. Хотя зарядка аккумуляторов происходит параллельно, обычное зарядное устройство только с одним портом SMBUS все еще не справляется с этой задачей. Потому что, если есть только один порт SMBUS, зарядное устройство или другое устройство SMBUS может одновременно связываться только с одной батареей. Следовательно, идеальная система должна иметь два или более порта SMBUS, чтобы обе батареи могли обмениваться данными с зарядным устройством одновременно.

Менеджер системы интеллектуальных батарей (SBS)

Помимо предоставления нескольких портов SMBUS, технология SBS Manager также может значительно улучшить производительность литий-ионных интеллектуальных батарей. SBS Manager является частью SBS и определяется спецификацией SBS 1.1. Он заменяет интеллектуальный селектор, определенный в предыдущей версии.

SBS Manager обеспечивает интерфейс для привода и его системной части, а с другой стороны, управляет интеллектуальной батареей и зарядным устройством. Накопитель может считывать и запрашивать отправку информации об аккумуляторе, зарядном устройстве и самом диспетчере. Интерфейс, связанный с этой передачей информации, определен в спецификации. В системе с несколькими батареями диспетчер SBS отвечает за выбор источника питания системы и решение, какую батарею заряжать или разряжать в определенное время. Короче говоря, SBS Manager определяет, какой аккумулятор заряжать, какой разрядить и когда.

Хорошо реализованное управление SBS имеет несколько преимуществ: более полный и быстрый процесс зарядки, одновременная эффективная зарядка и разрядка, а также способность обнаруживать и быстро реагировать на опасные условия, такие как возможное превышение напряжения.

SBS Manager, который контролирует напряжение аккумулятора, заряжает аккумулятор до его истинной емкости. Недостаточной зарядки из-за неточного контроля напряжения интеллектуального зарядного устройства (обычно от -4% до -9%, как описано выше) можно избежать. Кроме того, этот процесс не требует точного особенно опорного напряжения (точные ссылки напряжения являются дорогостоящими).

Стратегия, позволяющая избежать использования точного эталона напряжения, заключается в измерении напряжения батареи с помощью схемы измерения внутри интеллектуальной батареи с точностью до 1%. Таким образом, диспетчер SBS может дать команду зарядному устройству увеличить напряжение соответствующим образом, пока контролируемое напряжение не достигнет подходящего значения.

Хорошо реализованный диспетчер SBS позволяет заряжать аккумулятор на 16% быстрее, чем обычные зарядные устройства. Безопасно увеличьте выходное напряжение зарядного устройства выше номинального напряжения батареи, чтобы компенсировать падение напряжения из-за внутреннего сопротивления батареи и сопротивления контура. Это можно сделать, отслеживая внутреннее напряжение аккумулятора и быстро регулируя напряжение зарядного устройства.

Когда и как заряжать

SBS Manager может определить, когда одновременно заряжать аккумулятор. Одновременная зарядка позволяет лучше использовать ток зарядного устройства для зарядки. В одноэлементной системе при переходе в режим зарядки с постоянным напряжением зарядный ток, обеспечиваемый зарядным устройством, уменьшается по мере полной зарядки аккумулятора. Неиспользованный ток тратится впустую. Это не относится к системе с двумя аккумуляторами, в которой используется диспетчер SBS, и ток, который не используется при зарядке аккумулятора, можно использовать для другого.

Более того, диспетчер SBS может определить, в каком состоянии аккумулятора энергия может передаваться быстрее. Батарея, которая может максимально быстро увеличить емкость системы, заряжается первой, а батарея, способная заряжать больше энергии, быстро разряжается. Это ускоряет процесс зарядки до 60%. SBS Manager также может определить, когда включена функция одновременной разрядки. Правильная одновременная разрядка может увеличить емкость системы на 16%.

Конечно, все эти улучшения должны быть безопасными для работы аккумулятора. Как обсуждалось ранее, литий-ионные батареи имеют номинальное напряжение. Когда напряжение, подаваемое на аккумулятор, достигает максимального значения, процесс зарядки переключается с режима постоянного тока на режим постоянного напряжения. Обнаружение этой точки переключения является обязанностью диспетчера SBS интеллектуальной зарядки на основе измеренного напряжения аккумулятора. Но большим преимуществом SBS Manager перед интеллектуальными зарядными устройствами является то, что он постоянно отслеживает и корректирует напряжение зарядного устройства и аккумулятора. Это также обеспечивает безопасность в случае достижения максимальной емкости аккумулятора.

Поскольку производительность компьютеров и других устройств продолжает расти, спрос на энергию быстро растет, и совершенствование химических батарей не успевает за такими темпами роста. Хотя технология SBS очень полезна, всегда будет день, когда технология SBS не сможет обеспечить мощность, необходимую для высокопроизводительных систем, и потребуется более интеллектуальное решение для управления питанием.

Если этот OEM-производитель сможет поддерживать ноутбук в рабочем состоянии в течение шести часов без значительного снижения производительности, он быстро захватит рынок. SBS Manager сделал большой шаг к этой цели.

Страница содержит содержимое машинного перевода.