BATERIAS INTELIGENTES
Figura 1 - Baterias inteligentes
Uma bateria comum tem o problema de não ser capaz de mostrar a quantidade de energia de reserva que ela retém. Nem peso, cor, nem tamanho fornecem qualquer indicação do estado de carga e de “saúde” da bateria. O usuário está “a mercê” da bateria, quando retira do carregador uma bateria recém-carregada.
A ajuda está à disposição. Um número crescente de novas baterias recarregáveis é fabricado com “inteligência”.
Equipadas com um microchip, essas baterias são capazes de se comunicarem com o carregador e com o usuário para fornecerem informações estatísticas.
Aplicações típicas para baterias inteligentes são notebooks e câmeras de vídeo. Cada vez mais, essas baterias também são usadas em dispositivos biomédicos e aplicações de defesa.
Existem vários tipos de baterias inteligentes, cada uma oferecendo diferentes complexidades, desempenho e custo. A bateria inteligente mais básica pode conter apenas um chip para identificar sua química e dizer ao carregador qual algoritmo de carga aplicar.
Outras baterias podem ser consideradas inteligentes simplesmente porque eles fornecem proteção contra sobrecarga, subdescarga e curto-circuito.
O que então torna uma bateria inteligente? Definições ainda variam entre organizações e fabricantes. Uma bateria inteligente deve ser capaz de fornecer indicações do estado de carga.
Durante os anos 90, emergiram numerosas arquiteturas de baterias inteligentes com leitura do estado de carga.
Elas se classificam em sistema de via única, sistema de via dupla e Barramento de Gerenciamento do Sistema (SMBus).
A maioria dos sistemas de via dupla é baseada no protocolo SMBus. Iremos apenas falar sobre o sistema de via única e sobre o SMBus.
O sistema de via única é o mais simples e faz toda a comunicação de dados através de um único cabo. Uma bateria equipada com um sistema de via única usa apenas três cabos: o terminal positivo, o negativo e o terminal de dados. Por razões de segurança, a maioria dos fabricantes de baterias coloca um cabo separado para a medição da temperatura. A figura a seguir mostra o esquema de um sistema de via única. O sistema de via única armazena dados específicos da bateria e segue parâmetros da bateria, incluindo temperatura, tensão, corrente e carga restante. Por causa da simplicidade e do custo de hardware relativamente baixo, o sistema de via única tem uma ampla aceitação de mercado para telefones móveis de alta qualidade, rádios de comunicação de duas vias e filmadoras.
Figura 2 - Baterias inteligentes sistema de via única
O SMBus é o mais completo de todos os sistemas. Ele representa um grande esforço da indústria de eletrônicos portáteis em padronizar um protocolo de comunicações e uma configuração de dados. O SMBus é um sistema de interface de dois cabos através do qual simples chips referentes à energia podem se comunicar com o resto do sistema. Um cabo controla os dados; o segundo é o relógio.
A especificação Duracell/ Intel SBS, em uso hoje, foi padronizada em 1993. Em anos anteriores, fabricantes de computadores tinham desenvolvido suas próprias baterias inteligentes. Com a nova especificação SBS, um padrão de interface maior se tornou possível.
A filosofia de projeto por trás da bateria SMBus é a de remover o controle de carga do carregador e fixar na bateria. Com um verdadeiro sistema SMBus, a bateria torna-se o mestre e o carregador serve de escravo que deve seguir as ordens da bateria.
O sistema SMBus permite que novas químicas de baterias sejam introduzidas sem que o carregador se torne obsoleto. Pelo fato da bateria controlar o carregador, a bateria gerencia os níveis de tensão e corrente, bem como os limiares de interrupção. O usuário não precisa saber qual química de bateria está sendo usada.
Uma bateria SMBus contém dados permanentes e temporários. Os dados permanentes são programados dentro da bateria no momento em que são fabricadas e inclui o número de identificação (ID) da bateria, tipo de bateria, número serial, nome do fabricante e data de fabricação.
Os dados temporários são obtidos durante o uso e consistem na contagem de ciclo, padrões do usuário e exigências de manutenção. Alguns dos dados temporários estão sendo substituídos e renovados durante a vida da bateria.
O SMBus é dividido em Nível 1, 2 e 3. O nível 1 tem sido eliminado porque ele não fornece carregamento independente da química. O nível 2 é projetado para o carregamento no circuito interno do laptop. Um laptop que carregue sua bateria dentro da unidade é um típico exemplo de nível 2. Outra aplicação de nível 2 é uma bateria que contenha o circuito de carga dentro do conjunto. O nível 3 é reservado para carregadores externos com funções complexas.
A maioria dos carregadores SMBus externos são baseados no nível 3. Infelizmente, esse nível é complexo e os carregadores são caros de se fabricar.
Alguns carregadores mais baratos têm surgido e acomodam baterias SMBus, mas não são totalmente SBS. Fabricantes de baterias SMBus não aprovam esse atalho. A segurança é sempre uma preocupação, mas os clientes compram esses carregadores econômicos por causa do preço mais baixo. A seguir é mostrado o esquema do sistema SMBus de duas vias.
Figura 3 - Baterias inteligentes sistema SMBus
Entre as mais populares baterias SMBus para computadores portáteis estão a “35” e “202”. Fabricadas pela Sony, Hitachi, GP Batteries, Moltech (anteriormente Energizer), Moli Energy e muitas outras.
A maioria das baterias SMBus é equipada com um indicador de nível de carga.
Quando se pressiona um botão de estado de carga em uma bateria que está completamente carregada, todas as luzes de sinalização são iluminadas.
Em uma bateria parcialmente descarregada, metade das luzes é iluminada, e em uma bateria vazia, todas as luzes permanecem apagadas, conforme figura abaixo:
Enquanto a informação de estado de carga mostrada em uma bateria ou tela de computador é útil, o medidor de carga retorna a 100% cada vez que a bateria é recarregada, independente do estado de “saúde” da bateria.
Um sério erro de cálculo ocorre se uma bateria envelhecida mostrar 100% após uma carga completa, quando de fato a aceitação de carga caiu para 50% ou menos. A questão permanece: “100% de quê?” Um usuário não familiarizado com essa bateria tem menos informação sobre a vida útil do conjunto.