筆記本電池工作原理是什么?
般筆記本電電池電芯使用的是10.8V或11.1V,而單個電池?zé)o法滿足要求因此筆記本電腦電池都是采用多個單體電池串聯(lián)和并聯(lián)組成的電池組。至于大家常常在電池的外殼看到的3300mAh、4400mAh等指的是電池的容量,它是指示該電流對電池進(jìn)行放電時可使用一小時,例如:4400mAh的鋰電池可以以4400mA的電流放電一小時。所以該數(shù)值越大越好證明它能工作的時間越長。
充放電控制和保護(hù)電路顧名思義是負(fù)責(zé)電池的充放電控制和保護(hù)的,它工作的原理是這樣的,因?yàn)殇囯姵卦诔潆娺^程中到很接近充滿時電壓會略微下降一點(diǎn),所以控制電路檢測到這種情況時就認(rèn)為電池已經(jīng)充滿了,保護(hù)電路也工作切斷電源以防止過充;放電時電池的電壓是基本穩(wěn)定不變的,只有在電池所剩的電力很少時才會突然下降,當(dāng)控制電路檢測到這種情況就認(rèn)為電池的電力用完了并通知保護(hù)電路切斷電源防止因過度放電使電池壽命縮短。
有關(guān)筆記本電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu),其實(shí)簡單的不得了,一個外殼、一個工作電路外加一個電池組。
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這是我們平時看到的筆記本電池完整外觀這是我們平時看到的筆記本電池完整外觀
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目前,市場上銷售的筆記本電腦幾乎都采用鋰離子電池(Li-ion)。鎳鉻電池(Ni-cd)、鎳氫電池(Ni-MH)因?yàn)橛洃浶?yīng)已經(jīng)被淘汰;燃料電池仍在實(shí)驗(yàn)中。所以我們以討論鋰離子電池的使用為主。
鋰離子電池的正極材料通常有鋰的活性化合物組成,負(fù)極則是特殊分子結(jié)構(gòu)的碳。常見的正極材料主要成分為LiCoO2,充電時,加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物釋出鋰離子,嵌入負(fù)極分子排列呈片層結(jié)構(gòu)的碳中。放電時,鋰離子則從片層結(jié)構(gòu)的碳中析出,重新和正極的化合物結(jié)合。
鋰離子的移動產(chǎn)生了電流?;瘜W(xué)反應(yīng)原理雖然很簡單,然而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中,需要考慮的實(shí)際問題要多得多:正極的材料需要添加劑來保持多次充放的活性,負(fù)極的材料需要在分子結(jié)構(gòu)級去設(shè)計(jì)以容納更多的鋰離子;填充在正負(fù)極之間的電解液,除了保持穩(wěn)定,還需要具有良好導(dǎo)電性,減小電池內(nèi)阻。雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池的記憶效應(yīng),記憶效應(yīng)的原理是結(jié)晶化,在鋰電池中幾乎不會產(chǎn)生這種反應(yīng)。但是,鋰離子電池在多次充放后容量仍然會下降,其原因是復(fù)雜而多樣的。主要是正負(fù)極材料本身的變化,從分子層面來看,正負(fù)極上容納鋰離子的空穴結(jié)構(gòu)會逐漸塌陷、堵塞;從化學(xué)角度來看,是正負(fù)極材料活性鈍化,出現(xiàn)副反應(yīng)生成穩(wěn)定的其他化合物。物理上還會出現(xiàn)正極材料逐漸剝落等情況,總之最終降低了電池中可以自由在充放電過程中移動的鋰離子數(shù)目。
過度充電和過度放電,將對鋰離子電池的正負(fù)極造成永久的損壞,從分子層面看,可以直觀的理解,過度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷,過度充電將把太多的鋰離子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去,而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。這也是鋰離子電池為什么通常配有充放電的控制電路的原因。不適合的溫度,將引發(fā)鋰離子電池內(nèi)部其他化學(xué)反應(yīng)生成我們不希望看到的化合物,所以在不少的鋰離子電池正負(fù)極之間設(shè)有保護(hù)性的溫控隔膜或電解質(zhì)添加劑。在電池升溫到一定的情況下,復(fù)合膜膜孔閉合或電解質(zhì)變性,電池內(nèi)阻增大直到斷路,電池不再升溫,確保電池充電溫度正常。筆記本電腦用鋰離子電池一般都帶有管理芯片和充電控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器,存有容量、溫度、ID、充電狀態(tài)、放電次數(shù)等數(shù)值。
這些數(shù)值在使用中會逐漸變化。我個人認(rèn)為,在筆記本電腦的使用說明中的"使用一個月后應(yīng)該全充放一次"的做法主要的作用應(yīng)該就是修正這些寄存器里不當(dāng)?shù)闹?,使得電池的充電控制和?biāo)稱容量吻合電池的實(shí)際 情況。充電控制芯片主要控制電池的充電過程。鋰離子電池的充電過程分為兩個階段,恒流快充階段(電池指示燈呈黃色時)和恒壓電流遞減階段(電池指示燈呈綠色閃爍。恒流快充階段,電池電壓逐步升高到電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓,隨后在控制芯片下轉(zhuǎn)入恒壓階段,電壓不再升高以確保不會過充,電流則隨著電池電量的上升逐步減弱到0,而最終完成充電。電量統(tǒng)計(jì)芯片通過記錄放電曲線(電壓,電流,時間)可以抽樣計(jì)算出電池的電量,這就是我們在Battery Information里讀到的wh.值。
而鋰離子電池在多次使用后,放電曲線是會改變的,如果芯片一直沒有機(jī)會再次讀出完整的一個放電曲線,其計(jì)算出來的電量也就是不準(zhǔn)確的。所以我們需要深充放來校準(zhǔn)電池的芯片。
一般來說,電池的接縫都是通過粘合劑粘在一起的,因此我們很容易看到粘合的位置,不過基本上這個接口位置,沒有強(qiáng)力工具,基本是無法打開了。 拆解之后,大家可以看到,95%以上體積都是電芯,外加一塊電路板
筆記本電池基本都是電池組
電池主要就是殼子+電路板+電芯,看起來最重要的部分是電芯,其實(shí)不然,最主要的部分是電路,因?yàn)橐粋€電池本身的使用過程,是記錄在電路板中的。維修一個電池,如果只是簡單的更換電芯,那是沒有用的,因?yàn)殛P(guān)于這個電池本身的好壞,一直都有記錄在案。因此如果大家如果有去打聽電池維修,會發(fā)現(xiàn)一個解鎖的詞語,其實(shí)就是將電路板鎖記載的有關(guān)電池的信息重置,例如將充電次數(shù)、以及使用時間等重新設(shè),加上全好電芯的搭配,就會實(shí)現(xiàn)跟新電池一樣的延續(xù)時間。