Výskumníci hľadajú pravdu v tajnom živote batérie

VODIČI sa môžu spoľahnúť na palivomer vo svojich autách, ktorý im povie, či je nádrž naplnená do polovice alebo do posledného galónu. Majitelia notebookov však nemajú rovnakú bezpečnosť, keď kontrolujú zostávajúci čas v lítium-iónovej batérii. Kliknutie na ikonu batérie môže naznačovať, že zostáva 20 minút, zatiaľ čo v skutočnosti zostáva len niekoľko minút.

Teraz výskumníci Texas Instruments prišli s monitorom, o ktorom hovoria, že používatelia notebookov môžu dôverovať, že dokáže presne merať zostávajúcu energiu batérie. Nové meradlá by mali ľuďom pomôcť vyhnúť sa neočakávaným vypnutiam, ktoré by mohli viesť k strate údajov.

„Či je batéria nová alebo stará, s presnosťou 1 percenta budete vedieť, aká je zostávajúca energia,“ povedal Scott Eisenhart, riaditeľ správy batérií v spoločnosti.

V technológii každá batéria obsahuje dvojčipový systém, ktorý dokáže neustále počítať zostávajúcu energiu. Čipové sady majú algoritmy, ktoré berú do úvahy impedanciu, odpor toku elektrického prúdu, ktorý sa mení s podmienkami, ako je vek, teplota a používanie. Na základe matematických modelov lítium-iónovej chémie čipy používajú tieto merania impedancie na úpravu predpovedí zostávajúceho náboja v batérii.

Nové čipy sa zatiaľ v spotrebiteľských produktoch neosvedčili. V prenosných počítačoch, ktoré sú prvým cieľom spoločnosti Texas Instruments pre novú technológiu, budú dostupné až v polovici roku 2005 alebo neskôr.

„Sme pripravení ísť,“ povedal Dave Heacock, viceprezident pre správu prenosného napájania, „ale naši zákazníci potrebujú nejaký čas na to, aby vytvorili meradlá do svojich nových produktov.“

Ak sa osvedčia, nové meradlá by sa dali použiť aj v iných zariadeniach. Napríklad v digitálnych fotoaparátoch by mohli poskytnúť presný odhad toho, koľko obrázkov bolo možné nasnímať pred vybitím batérie. V MP3 prehrávači by obrazovka mohla indikovať, koľko skladieb je možné ešte prehrať, povedal pán Eisenhart.

Zariadenia, ktoré sa v súčasnosti používajú na meranie zostávajúcej doby chodu na prenosných počítačoch, sú zvyčajne známe ako merače plynu alebo paliva. „Momentálne sú merače paliva na počítačoch v podstate bezcenné,“ povedal Robert M. Spotnitz, ktorý vedie Battery Design v Pleasantone v Kalifornii, malej spoločnosti, ktorá vyrába softvér na simuláciu výkonu batérie. 'Povedia hodinu, keď máte 10 minút.'

Nové zariadenia však v skutočnosti monitorujú batériu a určujú jej stav počas celej jej životnosti, povedal. 'Tieto zariadenia merajú nepretržite, aby videli, že ste stratili 8 alebo 10 percent, a preto sú presnejšie.'

Novšie notebooky zvyčajne obsahujú čipové systémy, ktoré zahŕňajú meradlo na monitorovanie nabitia batérie a jej vybitia, ako aj mikroprocesor, ktorý spúšťa softvér, ktorý odhaduje zostávajúcu energiu batérie, povedal pán Heacock. Ale pretože programy nezahŕňajú nepretržité monitorovanie v reálnom čase, môžu čoskoro spôsobiť veľké chyby.

Používanie lítium-iónových batérií je v prenosných zariadeniach rozšírené a batérie musia fungovať v rôznych podmienkach prostredia. Doba prevádzky a výkon batérií sa však líšia v závislosti od podmienok skladovania a používania, ako aj od toho, ako rýchlo sa batérie vybíjajú, aké sú staré a od iných faktorov.

„Keď sa auto zohreje, laptop uložený na prednom sedadle vám poskytne úplne iné využitie ako ten, ktorý je uložený pri izbovej teplote,“ povedal pán Heacock.

Používatelia budú vedieť, že niečo nie je v poriadku, aj keď nedokážu presne zmerať zníženie výkonu. „Začnite so štyrmi hodinami prevádzky vášho laptopu,“ povedal pán Eisenhart. 'Ale po roku je to 1,5 hodiny a systém sa ti začne vypínať.'

Časť tejto zmeny výkonu súvisí s impedanciou, ktorá sa zvyšuje so starnutím batérie. „Zvyčajne sa pozeráte na 500 až 800 nabíjacích cyklov ako na životnosť lítium-iónovej batérie,“ povedal pán Eisenhart. 'Ale už po 70 nabíjacích cykloch sa impedancia batérie môže zdvojnásobiť.'

Čip Texas Instruments berie do úvahy teplotu, prúd a čas obnovenia napätia batérie. „Pozerá sa na to, ako počítač vyťahuje energiu z batérie počas 500 až 800 cyklov,“ povedal pán Heacock, ktorý dodal, že sleduje aj zmeny impedancie, keď batéria starne.

Toto neustále sledovanie skutočného zdravotného stavu batérie je inovatívne, povedal Jiang Fan, technický manažér spoločnosti Gold Peak Industries North America, výrobcu a distribútora batérií so sídlom v San Diegu. „V starších systémoch boli určené všetky modelovacie faktory na predpovedanie a po nainštalovaní batérie ich nemožno zmeniť,“ povedal.

Spoločnosť Texas Instruments mohla tento problém vyriešiť, povedal, sledovaním skutočných zmien impedancie. „Len energia batérie dokáže presne predpovedať čas chodu,“ povedal Dr. Fan a impedancia má významný vplyv na túto energiu.

Impedancia sa v batériách normálne hromadí, keď elektrolyty vysychajú, povedal, čo nevyhnutne ovplyvňuje rýchlosť chemickej reakcie vo vnútri batérie. 'Keď sa elektrolyty rozkladajú,' povedal, 'neexistuje žiadny nosič pre lítiové ióny, ktoré by sa počas vybíjania preniesli z negatívneho na pozitívne.'

Je to ako rieka s 200 člnmi na prepravu 2000 ľudí, povedal. 'Keď zhorí 100 lodí, presun 2000 ľudí trvá dlhšie.'

Ale nové kontroly povedú k väčšej efektívnosti, povedal. 'Ovládanie batérie možno nastaviť tak, aby používateľ nemusel zastavovať, keď meradlo hovorí, že ešte zostáva 20 percent energie.'

Lance Chandler, počítačový vedec a senior manažér pre konštrukčné inžinierstvo v Intersil v Milpitas, Kalifornia, konkurent Texas Instruments, povedal, že nová technológia si zaslúži pozornosť.

'Ale pokiaľ ide o prijatie, je to stále v plienkach,' povedal. 'Bude to chvíľu trvať, kým sa technológia osvedčí.'

ČO ĎALEJ E-mail: Eisenberg@nytimes.com