本文說明混合電池的原理，以及為何適用於可攜式應用裝置。
由於可攜式應用裝置要求更長的運作時間，因而促使了燃料電池的出現，作為此類終端設備領域的新型電源。不過可攜式應用若要達到僅以燃料電池作為電源，仍有許多挑戰需要克服；其中一種解決方案就是使用混合電源。
整合燃料電池與電池、超級電容或其他電力儲存裝置，成為一種複合電源，可以解決數項動態電源與熱能問題；但這種方法本身卻產生了電源管理的問題。
混合電源
在以下討論中，混合系統的定義，是指燃料電池與電池的組合，包括各種燃料電池與電池類型，或是替代裝置如超電容或超級電容，各個完整的解決方案需要針對個別情況修正，符合所選用的燃料電池與電池獨特需求。
混合系統的重要元件包括燃料電池、燃料盒、電池、系統負載、直流電輸入電源、電源控制器燃料電池與電池結合後，稱為混合電源(HPS)。
以上系統在不同的使用階段，可供應三種電力來源以及兩種負載。如果系統未連接至直流電源，燃料電池及／或電池可以供電至系統負載。同樣地，未連接直流電源時，燃料電池也可以對電池充電，以提高電源斷電前的效能，或提升動態電源回應。連接至直流電源時，可以為電池充電，同時供電至系統負載。在上述的複雜系統中，必須精確控制電源路徑管理，確保一定能夠執行系統負載，滿足使用者的需求。其中最關鍵的時間點，就是在特定情況下，剩餘的可用電力已無法供電至系統負載，因此啟動了限制使用的操作方式，或甚至執行控制的關機。
要實現這種精確控制，電源控制器必須能夠偵測許多因素，使最大可用電力與總可用電力發揮最大效益，定義如下：
最大可用電力可定義為在特定短暫時間中，由混合電源能夠得到的電力，例如進行 DVD 的開機或關機以及儲存至磁碟等操作。最大可用電力的時間長短，依據終端設備的負載特性而定；至於總可用電力的定義，則是不論放電率為何，混合電源所能提供的總電力。
監控系統
目前市面上相當普遍的標準電池電量計，可以用來監控電池狀況，像是針對二、三、或四個鋰電池串聯時使用的 bq20z75，或是針對單一串聯鋰電池解決方案的 bq27210。這些電量計可提供電壓、電流、溫度以及充電狀態等資料，這些是電源控制器需要的基本資料。
電池監控解決方案透過資料匯流排介面如 I2C、SMBus 或 HDQ，連接電源控制器，讓電源控制器獲得非常精確的資料，確認電池充電狀態(SOC)，並確保充電與放電過程中電池使用的安全性。
監控燃料電池與燃料盒的問題比較麻煩。存在於燃料盒中的燃料種類與數量，以及燃料電池目前效能與平均效能，都需要列入考量，計算出燃料電池的可用電力。
在許多情況下，系統只能使用某種特定的燃料盒，因此燃料類型可儲存於電源控制器中。在其他解決方案中，比較有效的作法，可能是把燃料資料儲存於燃料盒，並經由類似的介面匯流排提供至電源控制器，作為電池監控系統。
在燃料盒具有儲存資料能力的解決方案中，理想作法是讓電源控制器與可能的補給系統，將測得的剩餘燃料水準回寫至燃料盒；不過這只適用於燃料盒可移除並重新裝入的系統。
除了燃料盒的剩餘燃料，還需要監控其他燃料電池相關參數，包括溫度、燃料輸入率、電壓輸出以及電流輸出，以計算燃料電池目前的效能。溫度可用於判定燃料電池是否在理想狀態下運作。
此外也應測量直流電源與系統負載功率，獲得完整的數據資料。上述資料加上監控系統提供的資料，就可以計算出總可用電力與最大可用電力。根據以上四種因素，可計算出終端設備的剩餘使用時間。
至於斷電關機的階段，燃料電池的電源輸出響應能力以及電池尺寸也會產生問題；這部份需要其他更多的專業知識。
預測混合電源使用時間
電池與燃料電池的監控系統，可將總電力與最大電力提供至主機系統，讓主機系統決定所需要的各種使用者資料。在此處的範例架構中，我們提出的電源控制器具備多項優點，主要優勢是可以管理資料與子系統，讓混合電源在使用上與其他所有標準電池電源相同。
此電源控制器取得監控資料並管理電池的使用，在混合電源的預期使用壽命期間，使電力發揮到極致，在以下二方面特別可以發揮效益：
* 即使未連接直流電源，燃料電池也可對電池充電，確保最大可用電力處於最佳水準。
* 管理充電狀態(SOC, state-of-charge)電池，使混合電源能夠提供最大的可用電力。
目前大部分的可攜式應用裝置中，管理充電狀態這種作法，可說是與電池的使用概念背道而馳。通常電池是唯一的無線電源，負責提供主機系統的所有電力，因此需要盡可能穩固儲存電力，達到最長使用時間的理想目標。此外電池的充電時間也很重要，而且是越快越好！
在充電時間、最大充電狀態，以及電池壽命之間作出適當取捨是可能的；但在目前的消費者應用裝置中並不常見。上述狀況並不適用於混合電源，因此可以使用電源控制器，在電池與燃料電池的最佳狀態之間取得較佳平衡。理想上混合電源的電池，可在混合電源的使用壽命期間持續使用，不需更換。為了達成這個目標，電源控制器可以啟用電池充電管理選項，像是以較低的電壓充電、以較慢的速率充電，以及充電電壓／速率的溫度補償。電源控制器也可以調節電池充電電流，在連接直流電源時，確保系統負載獲得足夠電力。
最近推出的智慧型電池數據組(SBDS)附件，將燃料電池數據加進了支援電池的現有數據組，讓主機能夠存取資料，控制燃料電池與電池的使用。使用電源控制器可以因應混合電源的複雜性，並且讓智慧型電池數據組中增加的燃料電池資料，幫助主機系統更有效使用混合電源。
燃料電池與電池的總可用電力相加，可以提供主機系統基本程度的功能，顯示可使用時間、剩餘時間警示(RTA)或剩餘容量／電力警示(RCA)。
以下是預測使用時間的計算方式：
AtRateTimeToEmpty (ARTTE) = 總可用電力／AtRate
這個算式可讓主機系統依據使用者欲進行的動作，例如播放DVD或是執行系統診斷，決定剩餘的使用時間。主機系統必須具有在不同模式與程式中使用電力的資訊，才能根據上面的算式計算。
控制關機與混合電源最大使用時間
預測使用時間，就像是在用水晶球占卜，因為將來的狀況難以預測。不過提供的資料可用於在電源不足時，讓控制系統進行關機，這項功能的精確度越高，系統的使用時間就越長。
由於可攜式應用裝置要求更長的運作時間，因而促使了燃料電池的出現，作為此類終端設備領域的新型電源。不過可攜式應用若要達到僅以燃料電池作為電源，仍有許多挑戰需要克服；其中一種解決方案就是使用混合電源。
整合燃料電池與電池、超級電容或其他電力儲存裝置，成為一種複合電源，可以解決數項動態電源與熱能問題；但這種方法本身卻產生了電源管理的問題。
混合電源
在以下討論中，混合系統的定義，是指燃料電池與電池的組合，包括各種燃料電池與電池類型，或是替代裝置如超電容或超級電容，各個完整的解決方案需要針對個別情況修正，符合所選用的燃料電池與電池獨特需求。
混合系統的重要元件包括燃料電池、燃料盒、電池、系統負載、直流電輸入電源、電源控制器燃料電池與電池結合後，稱為混合電源(HPS)。
以上系統在不同的使用階段，可供應三種電力來源以及兩種負載。如果系統未連接至直流電源，燃料電池及／或電池可以供電至系統負載。同樣地，未連接直流電源時，燃料電池也可以對電池充電，以提高電源斷電前的效能，或提升動態電源回應。連接至直流電源時，可以為電池充電，同時供電至系統負載。在上述的複雜系統中，必須精確控制電源路徑管理，確保一定能夠執行系統負載，滿足使用者的需求。其中最關鍵的時間點，就是在特定情況下，剩餘的可用電力已無法供電至系統負載，因此啟動了限制使用的操作方式，或甚至執行控制的關機。
要實現這種精確控制，電源控制器必須能夠偵測許多因素，使最大可用電力與總可用電力發揮最大效益，定義如下：
最大可用電力可定義為在特定短暫時間中，由混合電源能夠得到的電力，例如進行 DVD 的開機或關機以及儲存至磁碟等操作。最大可用電力的時間長短，依據終端設備的負載特性而定；至於總可用電力的定義，則是不論放電率為何，混合電源所能提供的總電力。
監控系統
目前市面上相當普遍的標準電池電量計，可以用來監控電池狀況，像是針對二、三、或四個鋰電池串聯時使用的 bq20z75，或是針對單一串聯鋰電池解決方案的 bq27210。這些電量計可提供電壓、電流、溫度以及充電狀態等資料，這些是電源控制器需要的基本資料。
電池監控解決方案透過資料匯流排介面如 I2C、SMBus 或 HDQ，連接電源控制器，讓電源控制器獲得非常精確的資料，確認電池充電狀態(SOC)，並確保充電與放電過程中電池使用的安全性。
監控燃料電池與燃料盒的問題比較麻煩。存在於燃料盒中的燃料種類與數量，以及燃料電池目前效能與平均效能，都需要列入考量，計算出燃料電池的可用電力。
在許多情況下，系統只能使用某種特定的燃料盒，因此燃料類型可儲存於電源控制器中。在其他解決方案中，比較有效的作法，可能是把燃料資料儲存於燃料盒，並經由類似的介面匯流排提供至電源控制器，作為電池監控系統。
在燃料盒具有儲存資料能力的解決方案中，理想作法是讓電源控制器與可能的補給系統，將測得的剩餘燃料水準回寫至燃料盒；不過這只適用於燃料盒可移除並重新裝入的系統。
除了燃料盒的剩餘燃料，還需要監控其他燃料電池相關參數，包括溫度、燃料輸入率、電壓輸出以及電流輸出，以計算燃料電池目前的效能。溫度可用於判定燃料電池是否在理想狀態下運作。
此外也應測量直流電源與系統負載功率，獲得完整的數據資料。上述資料加上監控系統提供的資料，就可以計算出總可用電力與最大可用電力。根據以上四種因素，可計算出終端設備的剩餘使用時間。
至於斷電關機的階段，燃料電池的電源輸出響應能力以及電池尺寸也會產生問題；這部份需要其他更多的專業知識。
預測混合電源使用時間
電池與燃料電池的監控系統，可將總電力與最大電力提供至主機系統，讓主機系統決定所需要的各種使用者資料。在此處的範例架構中，我們提出的電源控制器具備多項優點，主要優勢是可以管理資料與子系統，讓混合電源在使用上與其他所有標準電池電源相同。
此電源控制器取得監控資料並管理電池的使用，在混合電源的預期使用壽命期間，使電力發揮到極致，在以下二方面特別可以發揮效益：
* 即使未連接直流電源，燃料電池也可對電池充電，確保最大可用電力處於最佳水準。
* 管理充電狀態(SOC, state-of-charge)電池，使混合電源能夠提供最大的可用電力。
目前大部分的可攜式應用裝置中，管理充電狀態這種作法，可說是與電池的使用概念背道而馳。通常電池是唯一的無線電源，負責提供主機系統的所有電力，因此需要盡可能穩固儲存電力，達到最長使用時間的理想目標。此外電池的充電時間也很重要，而且是越快越好！
在充電時間、最大充電狀態，以及電池壽命之間作出適當取捨是可能的；但在目前的消費者應用裝置中並不常見。上述狀況並不適用於混合電源，因此可以使用電源控制器，在電池與燃料電池的最佳狀態之間取得較佳平衡。理想上混合電源的電池，可在混合電源的使用壽命期間持續使用，不需更換。為了達成這個目標，電源控制器可以啟用電池充電管理選項，像是以較低的電壓充電、以較慢的速率充電，以及充電電壓／速率的溫度補償。電源控制器也可以調節電池充電電流，在連接直流電源時，確保系統負載獲得足夠電力。
最近推出的智慧型電池數據組(SBDS)附件，將燃料電池數據加進了支援電池的現有數據組，讓主機能夠存取資料，控制燃料電池與電池的使用。使用電源控制器可以因應混合電源的複雜性，並且讓智慧型電池數據組中增加的燃料電池資料，幫助主機系統更有效使用混合電源。
燃料電池與電池的總可用電力相加，可以提供主機系統基本程度的功能，顯示可使用時間、剩餘時間警示(RTA)或剩餘容量／電力警示(RCA)。
以下是預測使用時間的計算方式：
AtRateTimeToEmpty (ARTTE) = 總可用電力／AtRate
這個算式可讓主機系統依據使用者欲進行的動作，例如播放DVD或是執行系統診斷，決定剩餘的使用時間。主機系統必須具有在不同模式與程式中使用電力的資訊，才能根據上面的算式計算。
控制關機與混合電源最大使用時間
預測使用時間，就像是在用水晶球占卜，因為將來的狀況難以預測。不過提供的資料可用於在電源不足時，讓控制系統進行關機，這項功能的精確度越高，系統的使用時間就越長。
