Laut einem Redner auf einem Batteriesymposium „zähmt künstliche Intelligenz die Batterie, die eigentlich ein wildes Tier ist.“ Veränderungen an einer Batterie sind im Gebrauch kaum erkennbar; ob voll geladen oder leer, neu oder abgenutzt und austauschbedürftig, sie sieht immer gleich aus. Im Gegensatz dazu verformt sich ein Autoreifen bei zu niedrigem Luftdruck und signalisiert sein Ende, wenn das Profil abgefahren ist.

Drei Probleme fassen die Nachteile herkömmlicher Akkus zusammen: [1] Der Nutzer ist sich über die verbleibende Laufzeit des Akkus unsicher; [2] das Gerät ist sich nicht sicher, ob der Akku den Strombedarf decken kann; und [3] das Ladegerät muss an jede Akkugröße und -chemie angepasst werden. Der „intelligente“ Akku verspricht, einige dieser Mängel zu beheben, doch die Lösungen sind komplex.

Nutzer von Batterien stellen sich einen Akku üblicherweise als Energiespeichersystem vor, das flüssigen Brennstoff wie ein Tank abgibt. Der Einfachheit halber kann man eine Batterie so betrachten, doch die Quantifizierung der in einem elektrochemischen Gerät gespeicherten Energie ist weitaus schwieriger.

Da die Lithiumbatterie über eine Leiterplatte verfügt, die ihre Leistung steuert, gilt sie als intelligente Batterie. Eine herkömmliche, verschlossene Blei-Säure-Batterie hingegen besitzt keine solche Steuerung, um ihre Leistung zu optimieren.

Was ist eine intelligente Batterie?

Jede Batterie mit integriertem Batteriemanagementsystem gilt als intelligent. Sie wird häufig in intelligenten Geräten wie Computern und tragbaren Elektronikgeräten eingesetzt. Eine intelligente Batterie enthält eine elektronische Schaltung und Sensoren, die Merkmale wie den Gesundheitszustand des Nutzers sowie Spannungs- und Stromstärken überwachen und diese Messwerte an das Gerät weiterleiten können.

Intelligente Akkus erkennen ihren Ladezustand und ihren Gesundheitszustand selbstständig. Das Gerät kann über spezielle Datenverbindungen auf diese Daten zugreifen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Akkus kann ein intelligenter Akku alle relevanten Informationen an Gerät und Nutzer übermitteln und so fundierte Entscheidungen ermöglichen. Ein herkömmlicher Akku hingegen kann weder Gerät noch Nutzer über seinen Zustand informieren, was zu unvorhersehbarem Verhalten führen kann. Beispielsweise kann der Akku den Nutzer benachrichtigen, wenn er geladen werden muss, sich dem Ende seiner Lebensdauer nähert oder beschädigt ist, sodass ein Ersatz gekauft werden kann. Er kann den Nutzer auch informieren, wenn der Akku ausgetauscht werden muss. Dadurch lässt sich ein Großteil der Unvorhersehbarkeit älterer Geräte vermeiden, die in kritischen Momenten ausfallen können.

Smart-Batterie-Spezifikation

Um die Leistung, Sicherheit und Effizienz des Produkts zu verbessern, kommunizieren Akku, intelligentes Ladegerät und Host-Gerät miteinander. Der intelligente Akku wird beispielsweise nur bei Bedarf geladen und nicht dauerhaft im Host-System installiert, um eine konstante Energieversorgung zu gewährleisten. Intelligente Akkus überwachen ihre Kapazität permanent beim Laden, Entladen und Lagern. Um Änderungen der Akkutemperatur, des Lade- und Entladestroms usw. zu erkennen, nutzt die Akkuanzeige spezifische Faktoren. Intelligente Akkus verfügen typischerweise über selbstausgleichende und anpassungsfähige Eigenschaften. Eine vollständige Lagerung kann die Akkuleistung beeinträchtigen. Um den Akku zu schützen, kann er sich bei Bedarf bis zur Speicherspannung entladen und die intelligente Speicherfunktion aktivieren.

Mit der Einführung intelligenter Batterien können Nutzer, Geräte und die Batterie selbst miteinander kommunizieren. Hersteller und Aufsichtsbehörden definieren den Grad der „Intelligenz“ einer Batterie unterschiedlich. Die einfachste intelligente Batterie enthält möglicherweise nur einen Chip, der das Ladegerät anweist, den korrekten Ladealgorithmus zu verwenden. Das Smart Battery System (SBS) Forum würde eine solche Batterie jedoch aufgrund der erforderlichen hochmodernen Anzeigefunktionen nicht als intelligente Batterie einstufen. Diese Funktionen sind unerlässlich für medizinische, militärische und Computergeräte, bei denen absolute Fehlerfreiheit herrscht.

Die Systemintelligenz muss aus Sicherheitsgründen im Akku integriert sein. Der Chip zur Steuerung des Ladevorgangs ist im SBS-Akku implementiert und interagiert in einem geschlossenen Regelkreis mit diesem. Der Akku sendet analoge Signale an das Ladegerät, um den Ladevorgang bei vollem Akku zu beenden. Zusätzlich ist eine Temperaturmessung integriert. Viele Hersteller intelligenter Akkus bieten heute eine Ladezustandsanzeige-Technologie namens System Management Bus (SMBus) an, die integrierte Schaltkreise (ICs) in Ein- oder Zweidrahtsystemen integriert.

Dallas Semiconductor Inc. hat 1-Wire vorgestellt, ein Messsystem, das für die Kommunikation mit niedriger Geschwindigkeit eine einzige Leitung nutzt. Daten und Takt werden kombiniert und über dieselbe Leitung übertragen. Am Empfangsende teilt der Manchester-Code (auch Phasencode genannt) die Daten auf. Batteriecode und -daten wie Spannung, Stromstärke, Temperatur und Ladezustand (SoC) werden von 1-Wire gespeichert und überwacht. Bei den meisten Batterien ist aus Sicherheitsgründen eine separate Temperaturmessleitung verlegt. Das System umfasst ein Ladegerät und ein eigenes Protokoll. Im Benchmarq-Ein-Wire-System erfordert die Zustandsbewertung (SoH) die Verbindung des Host-Geräts mit der zugehörigen Batterie.

Die 1-Wire-Technologie ist aufgrund ihrer geringen Hardwarekosten attraktiv für kostengünstige Energiespeichersysteme wie Barcode-Scanner-Batterien, Zweiwegfunkgeräte-Batterien und Militärbatterien.