Элементы питания. Прошлое, будущее и настоящее

Спецификации интеллектуальных батарей (Smart Battery Specifications)

Зарядные устройства могут получить не так-то много информации о состоянии батарейки. Для оптимизации подзарядки и для увеличения срока службы батарейки, зарядные устройства должны знать степень заряда батарейки, о предыдущих подзарядках, должны знать температуру и другие физические параметры. Другими словами, зарядное устройство должно владеть всеми этими данными для обеспечения нормальной работы системы зарядное устройство-батарейка. То есть зарядное устройство и батарейка должны представлять собой единую систему.

Для обеспечения лучшей работы производитель батареек компания Duracell и компания Intel совместно разработали систему "умных" батареек (Smart Battery). Спецификация интеллектуальных батарей в первой версии (Smart Battery Data Specification, Version 1.0) вышла 15 февраля 1995 года. Она позволила упорядочить процессы заряда батареек с помощью добавления отслеживающей схемы в батареи и передачи стандартных сигналов на зарядное устройство.

Система Smart Battery определяет нескольких уровней, распределяющих взаимодействие между батареей, зарядным устройством и компьютерам. Кроме того, она обеспечивает недорогой канал связи между этими устройствами, называющийся системной шиной (System Management Bus). Но кроме физического соединения, спецификация определяет протокол обмена сообщениями и формат сообщений.

Спецификация интеллектуальных батареек определяет информацию о батарейке, которую она может передать зарядному устройству, равно как задает формат сообщений для ее передачи. В частности, зарядное устройство может получать информацию о химических процессах, о емкости, напряжении, и даже об упаковке батареи. Сообщения содержат не только информацию о текущем состоянии зарядки элемента, но также и историю всех предыдущих циклов подзарядки. Поэтому зарядное устройство может предсказывать срок службы элемента. Спецификация не зависит от используемых в элементе химических процессов и от устройства отслеживающей схемы. Единственное, что здесь должно четко соблюдаться - соединение с шиной и формат сообщений.

В дополнение был создан стандарт интеллектуального зарядного устройства (Smart Battery Charger specification), который кроме описания данных, передаваемых между зарядным устройством и батарейкой, ещё и определяет отношения между "интеллектуальными" батарейками и различными типами зарядных устройств. Кроме этого он описывает системную шину и соответствующий стандарт интерфейса для BIOS, который предоставляет управление системой программному обеспечению PC и операционной системе.

Практически все современные ноутбуки используют батареи, соответствующие этой спецификации, так как управление батареями входит в состав спецификаций ACPI (Advanced Configuration and Power Interface). Поддержка ACPI требуется для совместимости с последними версиями Windows. С помощью этого интерфейса производители компьютеров могут выбирать один из двух стандартов управления питанием: Smart Battery или недавно появившийся интерфейс управления батарей CMBatt (Control Method Battery Interface), описанный как часть стандарта ACPI. "Умная" батарея предоставляет аппаратный интерфейс (встроенный контроллер с регистрами), к которому операционная система компьютера может получить доступ через системную шину.

Интерфейс CMBatt добавляет язык управления более высокого уровня, называемый AML - ACPI Machine Language - это встроенный язык стандарта ACPI. Он позволяет управлять работой батареек (равно как питанием системы и ее конфигурацией) с помощью или без помощи встроенного контроллера. Производители батареек и компьютеров преобразуют свои инструкции по подзарядке батареек и по отслеживанию состояния заряда в код AML, который, в свою очередь, предоставляет информацию операционной системе компьютера. Использование языка AML даёт производителям широкие возможности- один и тот же код может управлять различными типами батарей и интерфейсами связи.

Чтобы продлить срок службы, их нужно эксплуатировать правильным образом. В случае неподзаряжаемых элементов, большое значение имеет способ хранения батареек. Если такой элемент правильно хранить в надлежащих условиях, он может всё это время целиком сохранять свой заряд. Относительно подзаряжаемых элементов, важно уметь правильно их подзаряжать.

Батарейки используют тщательно выверенные химические реакции. Как и любые другие химические реакции, они зависят от температуры. Высокие температуры не только повышают скорость реакций саморазряда, они могут стать причиной непроизвольных химических реакций внутри элемента, в результате которых могут произойти необратимые процессы и батарейка перестанет вырабатывать электричество. Например, если хранить углецинковые элементы при температуре 20 градусов, они портятся значительно быстрее. Поэтому их рекомендуется хранить при более низких температурах. От температур ниже 0 эти элементы не испортятся, но от слишком низких температур они лучше работать не станут.

Щелочные элементы хранятся лучше, чем стандартные углецинковые. При меньших температурах срок годности этих элементов увеличивается, но хранить элементы при низких температурах (ниже 20 градусов) не эффективно с экономической точки зрения. Если же хранить щелочные элементы при температуре выше 20 градусов - срок хранения будет меньше. Чем выше температура хранения, тем быстрее портятся батарейки.

Срок годности литий-дисульфидных элементов довольно большой (10 лет) даже при комнатной температуре. Но если температура хранения будет выше, срок их годности значительно сократится.

Все подзаряжаемые элементы питания плохо переносят перегрев. Не важно, был он вызван плохими условиями хранения, или неправильным подзарядом. Сильный перегрев в результате неправильной подзарядки может испортить практически любой аккумулятор. Большинство элементов при подзарядке нагреваются. Если же заряжать слишком долго, о них можно обжечься. Обычно такой сильный перегрев возникает из-за неисправностей зарядного устройства или при попытке подзарядить не разряженную батарею допотопным зарядным устройством.

Ни один аккумулятор не разряжается полностью - разве что при коротком замыкании электродов. Некоторые элементы, если разрядить их сильнее положенного, могут поменять полярность. Поэтому если устройство предупреждает вас, что батарейка села, и выключается - не пытайтесь продолжать разряжать элемент.

Многие подзаряжаемые элементы, в особенности никель-кадмиевые, лучше всего хранятся в разряженном состоянии. Поэтому батарейки в новых устройствах, как правило, не заряжены. На склады ноутбуки попадают с незаряженными аккумуляторами. В розничных же магазинах они, скорее всего, заряжаются непосредственно перед тем, как попасть на прилавок.

Чтобы нейтрализовать эффект памяти, никель-кадмиевые элементы лучше использовать по возможности целиком и до конца разряжать перед подзарядкой. Например, чтобы во время бизнес-тура использовать всю емкость никель-кадмиевых элементов, необходимо непосредственно перед поездкой полностью их разрядить.

Литий-ионные элементы, в отличие от никель-кадмиевых, не обладают эффектом памяти. А так как они выдерживают меньшее количество циклов разряда, перед поездкой лучше подзаряжать их не разряжая.

Лучше всего с задачей выбора оптимального элемента для конкретного устройства справляются инженеры. Это их хлеб. У каждого устройства свои требования к элементам питания.

В ряде случаев право выбора остаётся за вами. Например, в некоторых компьютерах могут нормально работать батарейки разных типов. К примеру, в периферийных устройствах выбор батарейки ограничен только размерами. В разных случаях правильный выбор элемента может зависеть от многих факторов - начиная химическими процессами заканчивая торговой маркой.