スマートバッテリーシステムの簡単な説明

コンピュータ業界では、リチウムイオン電池は愛憎の問題です。リチウムイオン電池使用の初期に起こった事件は、関係する企業の心の中でまだ新鮮です。彼らは印象的な教訓を学びました。いかなる状況においても、リチウムイオン電池の定格パラメータを超えてはなりません。そうしないと、爆発や火災が発生する可能性があります。

電池の化学組成や電極のパラメータに加えて、リチウムイオン電池にはいくつかの特定のパラメータがあり、それを超えると、電池は制御されていない状態になります。これらのパラメータを説明するチャート（リチウムイオンパラメータマップを参照）では、対応するしきい値曲線の外側のポイントは制御不能です。バッテリ電圧が上昇すると、温度しきい値が低下します。一方、バッテリー電圧が設計値を超えるような動作をすると、バッテリーが過熱します。

充電器による危険に注意してください

バッテリーパックの製造元は、危険な過熱を防ぐために、バッテリーとパッケージを数層保護しています。ただし、バッテリーには、これらの対策が失敗して害を及ぼす可能性のあるコンポーネントがあります。このデバイスは充電器です。

充電式リチウムイオン電池に損傷を与えるには、次の3つの方法があります。電池の電圧が高すぎる（最も危険な状況）。充電電流が大きすぎます（過剰な充電電流はリチウムメッキ効果を引き起こし、熱を引き起こします）;充電プロセスを正しく終了できない、または低温での充電。

リチウムイオン電池充電器の設計者は、これらのパラメータの許容範囲を超えないように追加の予防措置を講じています。システムの関連パラメータが安全範囲内で機能することを確認することは絶対に安全です。

たとえば、スマートバッテリー充電器の仕様では、-9％の負のバイアスが許可されていますが、正の偏差は1％を超えてはならないことを強調しています。スマートバッテリーの安全基準を満たすことが保証されています。もちろん、実際の設計では、正と負の偏差はランダムです。したがって、この仕様に準拠した設計では、充電器の目標電圧値が定格値の-4％近くになることがよくあります。

充電電圧が不正確であるため（-4％または-9％）、バッテリーは常に過充電されています。リチウムイオン電池の潜在的な危険性への恐れは、電池容量の利用率を非常に低くします。業界の専門家の経験によると、充電後でも、電圧は定格値より0.55％低く、容量低下は15％にもなります。

コンピューターに内蔵されたバッテリー

スマートバッテリー技術の原理は非常に単純です。バッテリーは小さなコンピューターに組み込まれており、すべてのバッテリーデータを監視および分析して、バッテリーの残量を正確に予測します。バッテリーの残量は、ポータブルコンピューターの残りの作業時間に直接変換できます。電圧監視のみに基づく従来の容量監視方法と比較して、作業時間は即座に35％延長できます。

残念ながら、スマートバッテリー技術はそれだけのことしかできません。充電回路と通信できない限り、動作環境を判断したり、充電プロセスを制御したりすることはできません。

「スマートバッテリーシステム」環境では、バッテリーはスマート充電器に特定の電圧および電流条件下で充電するように要求します。スマート充電器は、要求された電圧と電流のパラメータに基づいてバッテリーを充電する責任があります。

充電器は、スマートバッテリーが要求する値に一致するように、独自の内部電圧および電流リファレンスを使用して出力を調整します。これらのベンチマークの不正確さは-9％にもなる可能性があるため、充電プロセスはバッテリーが部分的にしか充電されていない場合があります。

充電環境をより詳細に理解すると、リチウムイオン電池の充電効率に影響を与える問題がさらに明らかになる可能性があります。最も理想的な場合でも、充電器の精度が100％であると仮定すると、充電パス内の充電器のセル間の抵抗素子は、特に定電流充電フェーズ中に追加の電圧降下をもたらします。これらの追加の電圧降下により、充電プロセスは定電流から時期尚早に定電圧フェーズに入ります。

電流が減少するにつれて抵抗器によって導入される電圧降下が徐々に減少するので、充電器は最終的に充電プロセスを完了します。ただし、充電時間は長くなります。定電流充電時のエネルギー伝達効率が高くなります。

抵抗の低下をなくす

理想的には、充電器の出力は、抵抗器の両端の電圧降下の影響を正確に排除します。誰かが、充電プロセスのすべての段階でインテリジェントなバッテリー監視回路データを使用して、スマート充電器がその出力を監視および修正するソリューションを思い付く可能性があります。これはシングルバッテリーシステムでは可能ですが、デュアルまたはマルチバッテリーシステムでは不可能です。

2バッテリーシステムでは、可能であれば、2つのバッテリーを同時に充電および放電することが望ましいです。バッテリーの充電は並行して行われますが、SMBUSポートが1つしかない一般的な充電器ではまだ十分ではありません。 SMBUSポートが1つしかない場合、充電器または他のSMBUSデバイスは同時に1つのバッテリーとしか通信できないためです。したがって、理想的なシステムでは、両方のバッテリーが同時に充電器と通信できるように、2つ以上のSMBUSポートを提供する必要があります。

スマートバッテリーシステム（SBS）マネージャー

複数のSMBUSポートを提供することに加えて、SBS Managerのテクノロジーは、リチウムイオンスマートバッテリーのパフォーマンスを大幅に向上させることもできます。 SBSマネージャーはSBSの一部であり、SBS1.1仕様で定義されています。これは、以前のバージョンで定義されたスマートセレクターに代わるものです。

SBS Managerは、ドライブとドライブのシステム側へのインターフェイスを提供し、一方でスマートバッテリーと充電器を管理します。ドライブは、バッテリー、充電器、およびマネージャー自体に関する情報を読み取って送信を要求できます。この情報転送に関連するインターフェースは、仕様で定義されています。マルチバッテリーシステムでは、SBSマネージャーは、システムの電源を選択し、特定の時間に充電または放電するバッテリーを決定する責任があります。つまり、SBS Managerは、充電するバッテリー、放電するバッテリー、およびいつ放電するかを決定します。

適切に実装されたSBS管理には、いくつかの利点があります。より完全で高速な充電プロセス、効率的な充電と放電の同時実行、潜在的な電圧オーバーランなどの危険な状態を検出して迅速に対応する機能です。

バッテリー自体の電圧を監視するSBSマネージャーは、バッテリーを真の容量まで充電します。スマート充電器の監視電圧が不正確であるために充電が不十分になること（上記のように一般に-4％から-9％）を回避できます。さらに、このプロセスは特に正確な基準電圧を必要としません（正確な電圧基準は高価です）。

正確な電圧リファレンスの使用を回避するための戦略は、スマートバッテリー内の測定回路を使用して1％の精度でバッテリー電圧を測定することです。このようにして、SBSマネージャは、監視対象の電圧が適切な値に達するまで、充電器に電圧を適切に上げるように命令できます。

適切に実装されたSBSマネージャーを使用すると、従来の充電器よりも16％速くバッテリーを充電できます。充電器の出力電圧をバッテリーの定格電圧よりも安全に上げて、バッテリーの内部抵抗とループ抵抗による電圧降下を補正します。これは、バッテリーの内部電圧を監視し、充電器の電圧をすばやく調整することで実行できます。

いつどのように充電するか

SBSマネージャーは、バッテリーパックを同時に充電するタイミングを決定できます。同時充電により、充電器の電流をより有効に利用して充電できます。シングルセルシステムでは、定電圧充電モードに入ると、バッテリーが完全に充電されると、充電器によって提供される充電電流が減少します。未使用の電流は無駄になります。これは、SBSマネージャーを使用するデュアルバッテリーシステムには当てはまりません。バッテリーの充電時に使用されなかった電流は、別のバッテリーに使用できます。

さらに、SBSマネージャーは、どのバッテリー状態をより速くエネルギー伝達できるかを判断できます。システム容量を最も速く増やすことができるバッテリーが最初に充電され、より多くのエネルギーを充電できるバッテリーが急速に放電されます。これにより、充電プロセスが最大60％高速化されます。 SBSマネージャは、同時放電機能がいつ有効になるかを決定することもできます。適切な同時放電により、システム容量が最大16％増加する可能性があります。

もちろん、これらの改善はすべて、バッテリーの性能にとって安全でなければなりません。前に説明したように、リチウムイオン電池の公称電圧はです。バッテリーに印加される電圧が最大値に達すると、充電プロセスは定電流モードから定電圧モードに切り替わります。このスイッチングポイントの検出は、測定されたバッテリー電圧に基づいて、スマート充電SBSマネージャーの責任です。しかし、スマート充電器に対するSBSマネージャーの大きな利点は、充電器とバッテリーの電圧を常に監視および修正することです。これにより、バッテリーの最大容量に達した場合の安全性も確保されます。

コンピュータやその他のデバイスのパフォーマンスが向上し続けるにつれて、エネルギーの需要は急速に増加しており、化学電池の改善はこの成長率に追いつくことができません。 SBSテクノロジは非常に役立ちますが、SBSテクノロジが高性能システムに必要な電力を供給できない日は常にあり、よりインテリジェントな電源管理ソリューションが必要です。

そのOEMが、パフォーマンスに大きな影響を与えることなくラップトップを6時間実行し続けることができれば、すぐに市場を引き継ぐでしょう。 SBSマネージャーはこの目標に向けて大きな一歩を踏み出しました。

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