När man vill krama det yttersta ur batterierna gäller det att bygga in mer intelligens i batteripackarna, som säkerhetsfunktioner, kapacitetsmätning och kommunikationsgränssnitt.

Batterihanteringskretsar för pc och mobiltelefoner spås växa kraftigt.


- Batteriet är den största begränsningen vid utvecklingen av bärbara produkter. Därför behövs smartare batterier.

Det säger Mike Levis på Xicor, ett företag som nyligen sällat sig till marknadens leverantörer av kretsar för så kallade smarta batteripackar, alltså skal som förutom ett eller flera battericeller även innehåller elektronik som ska se till att batteriet får längsta möjliga livslängd och att kapaciteten kan utnyttjas till max.

Marknaden för dess kretsar spås en lysande framtid, med en tillväxt på mer än 30 procent årligen. Ett skäl är att bärbara produkter växer stadigt, ett annat att batteriutvecklingen trots stora framsteg ändå inte gått framåt i samma takt som utvecklingen inom andra teknikområden. Medan energitätheten i en battericell fördubblats har exempelvis processorhastigheten ökat hela 40 gånger de senaste tio åren. Det gäller därför att utnyttja cellerna så bra som möjligt med hjälp av smart hantering för att få in fler funktioner med mer eller mindre konstant storlek och täthet på battericellerna.

Till att börja med drevs tekniken kring de smarta batterierna av bärbara datorer, och standarderna för smarta batterier har kommit längst inom det området. Mobiltelefonerna tillverkas dock i större volymer och slukar följaktligen fler batteripackar. Allt fler batteripackar finner också sin plats i kraftverktyg, videokameror och MP3-spelare.

Påstått smarta batterier, och kretsar för att bygga dem, har för all del funnits på marknaden i flera år. Men eftersom definitionen är luddig har många batterier kallats smarta fast de bara klarar någon eller några av de funktioner som kan ingå i ett verkligt intelligent batteri.

Numera lanseras dock allt fler batteripackar, såväl som batterihanteringskretsar, som stöder följande funktioner: att ge noggrann information om kvarvarande kapacitet (laddningsmätning eller gas gauging), att styra och registrera uppladdning och urladdning på ett säkert och effektivt sätt, att registrera batteriets omgivning och historik samt att förmedla information till omgivningen.



Säkerhet kontra kapacitet


En grundläggande batterihanteringsfunktion är att skydda batteriet för alltför höga eller låga spänningar, särskilt när det gäller litiumjonbatterier som i värsta fall kan explodera om de överladdas. Vanligare är att battericellerna skadas, med minskad kapacitet och lägre batterilivslängd som följd. Därför behöver batteriet säkerhetsfunktioner som avbryter laddningen när spänningen når ett visst värde. Sätter man tröskeln för lågt så minskas emellertid den kapacitet man kan ta ut ur batteriet. Samma balansgång gäller vid urladdning, det vill säga användning, av ett litiumjonbatteri; sjunker spänningen för lågt skadas batteriet, men avbryter man urladdningen i förtid missar man kapacitet.

I batteripackar med flera battericeller gäller det att inte avbryta upp- eller urladdning bara för att en av cellerna nått över- respektive underspänningsgränsen. Sådan obalans mellan cellerna har två effekter. Dels minskar packens totala kapacitet eftersom övriga celler inte laddas upp eller ur ordentligt, dels förvärras obalansen. Elektroniken i packen behöver därför kunna övervaka och styra de olika cellerna individuellt.

Om laddningsmätningen är för onoggrann kan batteriet stängas av i onödan, vilket också slösar kapacitet. För att noggrant kunna sia om batteriets kvarvarande kapacitet måste man övervaka strömflödet in i och ut ur batteriet.

Men det finns ytterligare information som batterihanteringskretsarna måste ta hänsyn till, exempelvis temperatur, batterityp, tillverkare, batteriets ålder, hur många upp- och urladdningscykler batteriet har genomgått och huruvida det har överladdats eller underladdats någon gång.

Batteripacken måste dessutom kunna kommunicera med systemet som det driver samt med batteriladdaren. Samtidigt vill man inte ta alltför många kontakter i anspråk. Många batteripackar för bärbara datorer stöder tvåtrådsbussen System Management Bus (SMBus), som utvecklades för några år sedan av Intel i samarbete med ett antal pc- och batteritillverkare. Utifrån bussen utvecklades industristandarden Smart Battery System Specifikations som bland annat inkluderar kommunikationsmetoder och protokoll.

Många encellsbatterier, som finns i exempelvis mobiltelefoner, kommunicerar istället via ett entrådsgränssnitt. Längden på en puls på tråden avgör om det är en etta eller nolla som överförs. Några höga kommunikationshastigheter är det inte tal om, men eftersom det bara finns en cell i batteripacken så är det inte heller så mycket information som behöver överföras.

Charlotta von Schultz

www.sbs-forum.org

www.smbus.org