Bir pil konferansında bir konuşmacı şöyle demişti: "Pil, vahşi bir hayvandır ve yapay zeka onu evcilleştirir." Bir pil, kullanımın bir parçası olarak görünür değişiklikler sergilemez; tamamen şarjlı veya boş, yeni veya değiştirilmeye ihtiyaç duyan bir pil aynı görünüme sahiptir. Karşılaştırma yaparsak, bir araba lastiği havası azaldığında deforme olur ve dişler aşındığında kullanım ömrünün sona erdiğini belirtir.

Bir pilin eksiklikleri şu üç endişeyle özetlenebilir: [1] Kullanıcı pilin ne kadar çalışma süresi kaldığını bilmez; [2] ana bilgisayar pilin güç talebini karşılayıp karşılayamayacağını bilemez; ve [3] şarj cihazı her pil boyutu ve kimyasına göre ayarlanmalıdır. Çözümler karmaşıktır ve "akıllı" pil, bu eksikliklerin bazılarını azaltmayı vaat eder.

Pil kullanıcıları, bir pil paketini sıvı yakıt dağıtan bir yakıt deposunu andıran bir enerji depolama cihazı olarak hayal ederler. Basitlik nedeniyle, bir pili böyle görmek mümkün olsa da, elektrokimyasal bir cihazdan depolanan enerjiyi ölçmek çok daha karmaşıktır.

Sıradan bir yakıt göstergesi, bilinen bir boyuttaki bir tanktan gelen sıvının giriş ve çıkışını minimal kayıplarla ölçerken, bir pil yakıt göstergesi onaylanmış tanımlara sahip değildir ve yalnızca açık devre gerilimi (OCV) adı verilen, şarj durumunun dengesiz bir yansıması olan bir değeri ortaya koyar. Sorunu daha da karmaşıklaştırmak için, bir pil sızdıran ve küçülen bir kap durumundadır ve her şarjda içeriği azalır. Kapasite azaldıkça belirtilen Ah (amper-saat) derecesi artık geçerli değildir. Yakıt göstergesi kapasiteyi tek başına değerlendiremez; kapasite şarj sonrası dahi tam dolu gösterir, hatta belirtilen Ah'nın yarısı kadar düşmüşse bile.

Şarj durumunu ölçmenin en basit yolu gerilimi okumaktır, ancak bu deşarj sırasında yük akımları gerilimi aşağı çekeceği için doğru olmayabilir. En büyük zorluk, çoğu lityum ve nikel bazlı pillerde düz deşarj gerilimi eğrisidir. Sıcaklık da bir rol oynar; sıcaklık gerilimi yükseltirken soğuk ortamda gerilimi düşürür. Önceki bir şarj veya deşarj tarafından uyarılma daha fazla hata yapar ve pilin nötralize olması için birkaç saat dinlenmeye ihtiyaç duyar. (Bkz. BU-903: Şarj Durumunu Nasıl Ölçülür)

Tıbbi, askeri ve bilgisayar cihazları için çoğu pil "akıllı"dır. Bu, pil, ekipman ve kullanıcı arasında bazı iletişim seviyelerinin mevcut olduğu anlamına gelir. "Akıllı"ın tanımları üreticiler ve düzenleyici otoriteler arasında değişir ve en temel akıllı pil bile şarj cihazını doğru şarj algoritmasına ayarlayan bir çip içerebilir. Smart Battery System (SBS) forumuna göre, bu pillere akıllı denemez. SBS forumu, akıllı bir pilin şarj durumu göstergeleri sağlaması gerektiğini belirtir.

Güvenlik önemli bir tasarım hedefidir ve SBS arkasındaki konsept, sistemin akıllı pil paketi içine yerleştirilmesidir. SBS pil, şarj yönetimi çipine kapalı bir döngüde iletişim kurar. Bu dijital denetimlere rağmen, çoğu SBS şarj cihazı, pil tam olduğunda şarjı sonlandırmak için kimyasal pil tarafından gelen analog sinyallere de dayanır. Ayrıca güvenlik nedeniyle tekrarlayan sıcaklık algılama eklenir.

Benchmarq, 1990'da yakıt göstergesi teknolojisi sunan ilk şirketti. Bugün, birçok üretici tek telli ve iki telli sistemler olarak da bilinen System Management Bus (SMBus) içeren entegre devre (IC) çipleri sunmaktadır.

Akıllı bir pilde şarj durumu tahminleri genellikle koulomb sayımı içerir, ki bu teori, ilk olarak Charles-Augustin de Coulomb'un "Coulomb Kuralı"nı belirlediği 250 yıl öncesine dayanır. Şekil 1, giren ve çıkan enerjiyi ölçen koulomb sayımının prensibini gösterir. Bir koulomb (1C) saniyede bir amper (1A) demektir. Bir saattir 1A'de bir pili deşarj etmek 3,600C'ye eşittir. (C-rate ile karıştırılmamalıdır.)

Şekil 1: Coulomb sayımına dayalı bir yakıt göstergesinin prensibi [1] Devre, giriş ve çıkış enerjisini ölçer; depolanan enerji şarj durumunu temsil eder. Bir koulomb saniyede bir amper (1A) demektir.

Coulomb sayımı hatasız olmalıdır, ancak hatalar meydana gelir. Örneğin, bir pil 1 amperde 1 saat boyunca şarj edilmişse, deşarj sırasında aynı miktarda enerji kullanılabilir olmalıdır, ancak hiçbir pil bunu sağlayamaz. Özellikle şarjın sonuna doğru ve özellikle hızlı şarj durumunda şarj kabulündeki verimsizlikler enerji verimliliğini azaltır. Kayıplar ayrıca depolama ve deşarj sırasında da meydana gelir. Kullanılabilir enerji her zaman bataryaya beslenen enerjiden daha azdır.

Tek Telli Veri Aktarımı

Tek telli sistem, 1-Wire olarak da bilinen, düşük hızda tek bir tel üzerinden iletişim kurar. Dallas Semiconductor Corp tarafından tasarlanan 1-Wire, veriyi ve saati iletim için tek bir çizgide birleştirir; Manchester kodu olarak da bilinen faz kodlaması, veriyi alıcı tarafında ayırır. Güvenlik nedeniyle, çoğu piller ayrı bir telde sıcaklık algılama için çalışır. Şekil 2, tek telli bir sistem tasarımını göstermektedir.

Şekil 2: Bir "akıllı" pilin tek telli sistemi [1] Tek bir tel veri iletişimi sağlar. Güvenlik nedeniyle, çoğu pillerde sıcaklık algılama için ayrı bir tel bulunur.

Tek telli sistem, pil kodunu saklar ve genellikle voltaj, akım, sıcaklık ve şarj durumu bilgisi gibi pil verilerini takip eder. Relatif olarak düşük donanım maliyeti nedeniyle, tek telli sistem ölçüm cihazları, cep telefonları, telsizler, kameralar ve tarayıcılar gibi fiyat duyarlı cihazlar için cazip bir seçenektir.

Çoğu tek telli sistem kendi protokolüne sahiptir ve özelleştirilmiş bir şarj cihazı kullanır. Örneğin, Benchmarq tek telli çözümü doğrudan akım ölçemez; sağlık durumu (SoH) ölçümü, ana bilgisayarı belirli bir pil ile "evlendirdiğinizde" mümkün olur.

Sistem Yönetimi Veriyolu (SMBus) Sistem Yönetimi Veriyolu (SMBus), tek bir iletişim protokolü ve bir veri seti üzerinde anlaşmak için bir çaba temsil eder. I2C'den türetilmiş olan Duracell/Intel akıllı pil sistemi, 1995 yılında standartlaştırılmış olup veri ve saat için iki ayrı hat içerir. I2C (Inter-Integrated Circuit), Philips Semiconductor tarafından icat edilen, çoklu ana, çoklu köle, tek uçlu, seri bir bilgisayar veriyolu sistemidir. Şekil 3, iki telli SMBus sistemi düzenini göstermektedir.

Şekil 3: İki telli SMBus sistemi [1] SMBus, standartlaştırılmış bir iletişim protokolü kullanarak iki telli bir sistem üzerinde çalışır. Bu sistem, standartlaştırılmış şarj durumu ve sağlık durumu ölçümlerine uyar.