Veel gebruikers ervaren onzekerheid bij het gebruik van batterijen omdat deze niet kunnen communiceren over hun laadstatus (SoC) en gezondheidstoestand (SoH). Dit leidt tot frustratie omdat gebruikers geen inzicht hebben in de resterende energie. Slimme batterijen lossen dit op door microchips die communiceren met zowel de oplader als de gebruiker. Ze worden steeds vaker toegepast in apparaten zoals laptops, videocamera’s en biomedische apparatuur.
Slimme batterijen variëren in complexiteit en kosten. De eenvoudigste bevatten chips die het laadalgoritme instellen, maar volgens het Smart Battery System (SBS) forum zijn deze niet echt ‘slim’. Een echt slimme batterij moet SoC-indicaties kunnen geven. Dit concept werd in 1990 door Benchmarq geïntroduceerd met brandstofmeters. Vandaag de dag produceren verschillende fabrikanten chips voor enkeldraadssystemen en System Management Bus (SMBus)-systemen.
In deze blog bekijken we zowel het enkeldraadssysteem als de SMBus.
Het enkeldraadssysteem gebruikt drie draden: gedeelde positieve en negatieve terminals, en één dataterminal voor klokinformatie. Voor veiligheidsdoeleinden gebruiken de meeste fabrikanten van oplaadbare batterijen een aparte draad voor temperatuurmetingen. Dit systeem monitort batterijparameters zoals temperatuur, spanning, stroom en SoC, en is populair vanwege de lage kosten, vooral in portofoons, camcorders en draagbare computers.
Een nadeel van het enkeldraadssysteem is dat de meeste geen uniforme vormfactor hebben en niet geschikt zijn voor gestandaardiseerde metingen van de laadtoestand. Dit kan leiden tot onnauwkeurige metingen, vooral bij afwijkende batterijen. De enkeldraadsoplossing van Benchmarq bijvoorbeeld kan de stroom niet direct meten; deze moet worden afgeleid uit de verandering in capaciteit over tijd. Bovendien kan de gezondheidstoestand (SoH) alleen worden gemeten wanneer de host is gekoppeld aan een specifiek batterijpakket, wat problemen oplevert als de batterij afwijkt van het origineel.
De SMBus vertegenwoordigt een uitgebreide standaardisatie-inspanning, met een tweedraads interfacesysteem voor gegevens en klok. Dit systeem wijst de controle over het opladen toe aan de batterij zelf, wat essentieel is omdat batterijpakketten vaak hetzelfde formaat hebben maar verschillende chemische samenstellingen. De batterij ontvangt de juiste oplaadniveaus en beëindigt correct het opladen.
SMBus-batterijen bevatten zowel permanente gegevens (zoals ID-nummer en batterijtype) als tijdelijke gegevens (zoals aantal cycli en gebruikerspatronen). De SMBus is verdeeld in niveaus 1, 2 en 3, waarbij niveau 3 de meest volledige functionaliteit biedt voor externe laders.
Hoewel slimme batterijen aanzienlijke voordelen bieden, kennen ze ook verschillende nadelen die zorgvuldig moeten worden overwogen.
Slimme batterijen zijn aanzienlijk duurder dan hun conventionele tegenhangers. Een SMBus-accu is bijvoorbeeld ongeveer 25% duurder dan een ‘domme’ batterij. De hogere kosten zijn te wijten aan de geavanceerde technologie en de extra componenten die nodig zijn voor de communicatie en beheerfuncties.
Hoewel slimme batterijen oorspronkelijk bedoeld waren om laders eenvoudiger te maken, zijn volledig uitgeruste laders van niveau 3 voor SMBus-batterijen behoorlijk duur. Deze laders moeten complexe protocollen ondersteunen om correct met de batterijen te communiceren en veilige en efficiënte oplaadcycli te waarborgen.
Een groter probleem is de noodzaak van periodieke kalibratie of herkalibratie van de capaciteit. Kalibratie is nodig om fouten te corrigeren die optreden tussen de batterij en het digitale sensorcircuit tijdens het laden en ontladen. Idealiter omvat dit een volledige lading gevolgd door een volledige ontlading bij een constante stroom, wat een foutmarge van minder dan 1% per cyclus zou geven. In de praktijk wordt een batterij echter vaak slechts gedeeltelijk ontladen, wat leidt tot onnauwkeurige metingen door de brandstofmeter. Langdurige opslag draagt ook bij aan deze fouten omdat het circuit zelfontlading niet nauwkeurig kan compenseren.
De frequentie van kalibratie hangt af van het gebruik van de batterij. Het wordt aanbevolen om elke drie maanden of na elke 40 korte cycli te kalibreren. Veel batterijen worden periodiek volledig ontladen als onderdeel van regulier gebruik. Als een apparaat regelmatig een diepe ontlading toestaat, is extra kalibratie meestal niet nodig. Als dit echter niet gebeurt, is opzettelijke volledige ontlading noodzakelijk, wat kan worden uitgevoerd met een lader met ontladingsfunctie of een batterijanalyzer.
Een ander probleem met de SMBus-batterij is het gebrek aan uniformiteit. Het SMBus-protocol biedt ruimte voor variaties, wat problemen kan veroorzaken met bestaande laders. Het is noodzakelijk om de compatibiliteit van de SMBus-batterij en de lader te testen en goed te keuren, ondanks dat de SMBus-batterij bedoeld is als een universele oplossing. Dit gebrek aan standaardisatie verhoogt het risico op incompatibiliteit, vooral naarmate zowel de SMBus-lader als de batterij meer functies bieden.
Hoewel de SMBus een standaard is, biedt het protocol ruimte voor variaties. Dit kan leiden tot compatibiliteitsproblemen met bestaande laders, vooral wanneer zowel de SMBus-lader als de batterij nieuwe functies bieden. Het is cruciaal om de compatibiliteit tussen de SMBus-batterij en de lader te testen en goed te keuren, ondanks de intentie van de SMBus om een universele oplossing te bieden.
Elfa biedt hoogwaardige batterijen en verlichtingsoplossingen, specifiek afgestemd op uw bedrijfsbehoeften. Met meer dan 100 jaar ervaring leveren wij maatwerkoplossingen en standaardproducten die zorgen voor optimale prestaties en betrouwbaarheid. Onze experts staan klaar om u te adviseren en te ondersteunen bij het kiezen van de juiste technologie, zodat uw systemen efficiënt en duurzaam werken.
Neem vandaag nog contact met ons op en ontdek hoe Elfa uw bedrijf kan versterken.
Elfa Amsterdam
Madridstraat 5-7
1175 RK Amsterdam (Lijnden)
+31 (0)20 643 69 72
[email protected]
Elfa Erp
Molentiend 10
5469 EK Erp, (Noord-Brabant)
+31 (0)413 212 222
[email protected]
