بحسب أحد المتحدثين في ندوة حول البطاريات، "يُضفي الذكاء الاصطناعي طابعًا وديعًا على البطارية، التي تُشبه حيوانًا بريًا". من الصعب ملاحظة أي تغييرات تطرأ على البطارية أثناء استخدامها؛ فسواء كانت مشحونة بالكامل أو فارغة، جديدة أو بالية وتحتاج إلى استبدال، فإنها تبدو دائمًا على حالها. في المقابل، يتشوه إطار السيارة عندما ينخفض ​​ضغط الهواء فيه، ويُشير إلى نهاية عمره الافتراضي عندما تتآكل أخاديده.

تتلخص عيوب البطارية في ثلاث مشكلات رئيسية: [1] عدم تأكد المستخدم من المدة المتبقية لشحن البطارية؛ [2] عدم تأكد الجهاز المضيف من قدرة البطارية على تلبية متطلبات الطاقة؛ [3] ضرورة تخصيص الشاحن لكل حجم ونوع من البطاريات. تعد البطارية "الذكية" بمعالجة بعض هذه العيوب، لكن الحلول معقدة.

ينظر مستخدمو البطاريات عادةً إلى حزمة البطاريات على أنها نظام لتخزين الطاقة يوزع الوقود السائل مثل خزان الوقود. يمكن النظر إلى البطارية على هذا النحو تبسيطاً للأمر، لكن قياس الطاقة المخزنة في جهاز كهروكيميائي أمرٌ أكثر تعقيداً بكثير.

بفضل وجود لوحة الدوائر المطبوعة التي تتحكم بأداء بطارية الليثيوم، تُعتبر هذه البطارية ذكية. في المقابل، لا تحتوي بطارية الرصاص الحمضية التقليدية المغلقة على أي لوحة تحكم لتحسين أدائها.

ما هي البطارية الذكية؟

تُعتبر أي بطارية مزودة بنظام إدارة مدمج للبطارية بطارية ذكية. وتُستخدم هذه البطاريات بكثرة في الأجهزة الذكية، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر والإلكترونيات المحمولة. تحتوي البطارية الذكية على دائرة إلكترونية داخلية ومستشعرات قادرة على مراقبة خصائص مثل صحة المستخدم ومستويات الجهد والتيار، ونقل هذه القراءات إلى الجهاز.

تتمتع البطاريات الذكية بالقدرة على التعرف على حالة شحنها وحالتها الصحية، والتي يمكن للجهاز الوصول إليها عبر اتصالات بيانات متخصصة. وعلى عكس البطاريات التقليدية، تستطيع البطارية الذكية إرسال جميع المعلومات ذات الصلة إلى الجهاز والمستخدم، مما يُمكّن من اتخاذ قرارات مدروسة ومناسبة. أما البطارية التقليدية، فلا تملك أي وسيلة لإبلاغ الجهاز أو المستخدم بحالتها، مما قد يؤدي إلى أداء غير متوقع. فعلى سبيل المثال، يمكن للبطارية الذكية تنبيه المستخدم عند الحاجة إلى شحنها، أو عند اقتراب نهاية عمرها الافتراضي، أو عند تعرضها لأي تلف، ليتمكن من شراء بديل. كما يمكنها تنبيه المستخدم عند الحاجة إلى استبدالها. وبذلك، يمكن تجنب الكثير من عدم القدرة على التنبؤ التي تُسببها الأجهزة القديمة، والتي قد تتعطل في لحظات حاسمة.

مواصفات البطارية الذكية

لتحسين أداء المنتج وسلامته وكفاءته، تتواصل البطارية والشاحن الذكي والجهاز المضيف فيما بينها. فعلى سبيل المثال، لا تحتاج البطارية الذكية إلى الشحن إلا عند الضرورة، بدلاً من تثبيتها على النظام المضيف لاستخدام الطاقة بشكل مستمر. تراقب البطاريات الذكية سعتها باستمرار أثناء الشحن والتفريغ والتخزين. وللكشف عن أي تغييرات في درجة حرارة البطارية أو معدل الشحن أو معدل التفريغ، يستخدم مؤشر البطارية عوامل محددة. تتميز البطاريات الذكية عادةً بخاصية التوازن الذاتي والتكيف. يُؤثر التخزين الكامل للشحن سلبًا على أداء البطارية. ولحماية البطارية، يمكن للبطارية الذكية تفريغ شحنتها إلى جهد التخزين عند الحاجة، وتفعيل وظيفة التخزين الذكية عند الضرورة.

مع ظهور البطاريات الذكية، أصبح بإمكان المستخدمين والمعدات والبطارية نفسها التواصل فيما بينها. وتختلف الشركات المصنعة والهيئات التنظيمية في تعريف "ذكاء" البطارية. قد تقتصر أبسط أنواع البطاريات الذكية على شريحة إلكترونية تُوجه شاحن البطارية لاستخدام خوارزمية الشحن المناسبة. إلا أن منتدى أنظمة البطاريات الذكية (SBS) لا يعتبرها بطارية ذكية نظرًا لمتطلباتها من المؤشرات المتطورة، الضرورية للأجهزة الطبية والعسكرية والحاسوبية التي لا مجال فيها للخطأ.

يجب أن تكون وظائف النظام الذكية مُدمجة داخل حزمة البطارية نظرًا لأن السلامة تُعدّ من أهم الأولويات. تُنفّذ بطارية SBS الشريحة التي تتحكم في شحن البطارية، وتتفاعل معها في حلقة مغلقة. تُرسل البطارية الكيميائية إشارات تناظرية إلى الشاحن تُوجّهه لإيقاف الشحن عند امتلاء البطارية. كما تُضاف خاصية استشعار درجة الحرارة. يُقدّم العديد من مُصنّعي البطاريات الذكية اليوم تقنية مؤشر مستوى الشحن المعروفة باسم ناقل إدارة النظام (SMBus)، والتي تُدمج تقنيات رقائق الدوائر المتكاملة (IC) في أنظمة أحادية أو ثنائية الأسلاك.

كشفت شركة دالاس سيميكوندكتور عن نظام 1-Wire، وهو نظام قياس يستخدم سلكًا واحدًا للاتصال منخفض السرعة. يتم دمج البيانات وإشارة الساعة وإرسالهما عبر نفس الخط. عند الطرف المستقبل، يقوم رمز مانشستر، المعروف أيضًا برمز الطور، بتقسيم البيانات. يقوم نظام 1-Wire بتخزين وتتبع رمز البطارية وبياناتها، مثل الجهد والتيار ودرجة الحرارة وتفاصيل حالة الشحن. في معظم البطاريات، يتم تمديد سلك منفصل لاستشعار درجة الحرارة لأغراض أمنية. يتضمن النظام شاحنًا وبروتوكولًا خاصًا به. في نظام Benchmarq أحادي السلك، يتطلب تقييم حالة الشحن (SoH) ربط الجهاز المضيف بالبطارية المخصصة له.

تعتبر تقنية 1-Wire جذابة لأنظمة تخزين الطاقة ذات التكلفة المحدودة مثل بطاريات ماسحات الباركود وبطاريات أجهزة الراديو ثنائية الاتجاه والبطاريات العسكرية نظرًا لانخفاض تكلفة الأجهزة الخاصة بها.