笔记本电池详解

 

 

有人把电池比作是笔记本电脑流动的血液,这虽然不是很贴切,但电池在笔记本电脑中的重要地位由此可见一斑。笔记本电脑非常注重移动性,因而笔记本电池工作时间的长短也就成了衡量其移动性能是否优良的重要因素之一。如果失去电池或电池性能不佳,不仅笔记本电脑的移动性将大打折扣,其应用领域也将随之受到一定的限制。本文将带领大家去了解一下笔记本电池的种类、领略其内部结构,还将充分发扬DIY精神对电池进行改制,以达到让笔记本电脑更好地为我们服务的目的。

电池的种类及特性

镍镉电池:镍镉电池是最早应用于笔记本电脑的电池种类,但由于当时电池的生产技术、制作工艺不够先进,因此镍镉电池有很多不足之处,如容量小、体积大等。镍镉电池在充放电过程中如果处理不当,会出现记忆效应,使得服务寿命大大缩短。所谓记忆效应就是电池在充电前,电池的电量没有被完全放尽,久而久之将会引起电池额定容量的减少。当然,我们可以通过掌握合理的充放电方法来减轻记忆效应。此外,镉是有毒的,因而镍镉电池不利于生态环境的保护。众多的缺点使得镍镉电池已被淘汰出笔记本电脑电池的应用范围。


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镍氢电池:笔记本电脑采用的第二代电池类型是镍氢电池,镍氢电池是以氢氧化镍为正极,以高能贮氢合金为负极,这使镍氢电池具有更大的能量密度比,也意味着可以在不为笔记本电脑增加额外重量的情况下,使用镍氢电池能有效地延长笔记本电脑的工作时间。同时镍氢电池在电学特性方面与镍镉电池亦基本相似,在实际应用时可以完全替代镍镉电池,而不需要对设备进行任何改造。镍氢电池另一个优点是:大大减小了镍镉电池中存在的“记忆效应”问题,这使镍氢电池可以更方便地使用。

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镍氢电池是目前最环保的电池,它不再使用有毒的镉,可以消除重金属元素对环境带来的污染问题。一些注重环保的国家都大力提倡使用镍氢电池,因为它易于回收再利用。镍氢电池因为具有较高的性价比,又有利于环保,所以至今仍有一些厂商把它用于笔记本电脑中。

锂离子电池:锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点,因而得到了普遍应用――现在的笔记本电脑中绝大多数采用了锂离子电池,尽管其价格相对来说比较昂贵。锂离子电池具有三层卷绕结构,这三层结构分别是:以钴酸锂为主要活性物质的正极、以碳材料为主要活性物质的负极和正负极之间的隔膜层。锂离子电池在目前笔记本电脑的电池中能量密度最高,它的容量是同重量的镍氢电池的1.5~2倍,而且具有很低的自放电率。锂离子电池完全没有记忆效应以及不含有毒物质等优点也是它广泛应用于笔记本电脑的重要原因。

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:不管是镍镉电池、镍氢电池还是锂离子电池,由于它们的单节电芯(即每块电池内部的电池个体)的电压和容量都是有限的(镍镉电池和镍氢电池每只电芯的额定电压为1.2V,锂离子电池每只电芯的额定电压为3.6V;而容量要看电芯规格和体积大小而定),所以在笔记本电脑电池中,均采用电芯并联和串联的方法组成电池组,以满足笔记本电脑实际工作的需要。例如:9只容量为1500 mAh的锂离子电芯,三只三只并联,然后串联,再加上电池充放电控制、保护电路就可以组成一块电压为10.8V、容量是4500mAh的笔记本电脑电池。一般来说,容量较大的笔记本电池的持续供电时间也较长(当然,这还要考虑笔记本电脑的实际功率),但采用多个电芯以增加电池容量的同时,也使电池的重量增加了,这就对笔记本电脑的移动作业产生了负面影响,因而在设计笔记本电池时,一般会做到两者兼顾。

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应用于笔记本电脑的锂离子电池,其内部的单个电芯大致可以分为圆柱形和方块形两大类,其中又以圆柱形的居多。最常见的圆柱形电芯编号为“18650”,其含义是该类电芯的直径是18(毫米),高度是65(毫米)。虽然这些电芯的外形是一致的,但仍有多种容量之分(电池或电芯的容量大小可以从外壳所标注的“mAh”数值来判断,其中文名称是“毫安时”,是反映电池存储电量大小的一个指标),例如日本松下公司生产的这类电芯中,编号为“CGR18650”的电芯容量为1400mAh,“CGR18650H”为1500 mAh,“CGR18650HM”为1630 mAh,“CGR18650HG”为1800 mAh等等。要注意的是,不同电芯的生产厂商,用以区分电芯容量的标注方法可能会有所不同。

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充放电控制、保护电路:锂离子电池的工作机理决定了与它配套的充放电控制、保护电路的控制精度相当高,既不能使电池过充电,也不能过放电,否则都将影响电池的寿命。所以锂离子电池内都有微处理器、温控保护开关、热保险丝等组成保护模块电路。保护模块电路一般还有SMBUS(系统监测总线)接口输出,用来与笔记本电脑主板上的相关电路连接,从而给系统提供电池的现有容量、是否处于充电状态等信息。一般说来,镍氢电池的充电要求不如锂离子电池那样高,控制精度也不如锂离子电池严。因而,镍氢电池内部的控制、保护电路(图10红圈内部分) 不如锂离子电池那样复杂。镍氢电池内部通常有一些热保护器件,如热敏电阻、温控开关、热熔保险丝和PTC正温度系数热敏电阻等,用于快速充电时保护电池。

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有些电池的保护电路中还附带有电池电量指示功能(图10),在不开机的情况下从笔记本上取下电池,按下电量指示按钮,从闪亮的LED指示灯中可以大致判断出电池剩余电量的多少。

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确定失效电芯:掀起电池上盖,即可见到6只锂电芯,

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Panasonic(松下)公司的产品,具体型号为CGR18650HM。电芯的组合方式是两两并联成一组,然后三组串联,构成一块电压为10.8V、容量是3200mAh的锂离子电池。用钳子或剪刀把电芯从电池盒内拆除后,可以看到紧贴电池盒底部的电路板。要注意的是,剪除电芯上的焊片时,不要剪至电路板基部,而应留下几个焊接柱(下图红圈内部分),以方便新电芯与电路板的连接。

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在正式动手给电池换电芯前,应搞清楚电池内的电芯是全部损坏还是部分失效。如果电池的使用间已达到或接近设计寿命,其内部的电芯都已衰老,那就需要全部更换;另一种情况是电池内的某节或某组电芯失效导致整块电池工作异常。有时候,系统显示的剩余电量会一下子从30~50%突然降到2~5%,这说明笔记本电脑电池中的某节或某组电芯已性能不良。因为电池内每节电芯的性能不可能完全一致,使用时间长了,某些质量稍差的先失效,从而影响整块电池的放电。我们可以把该节或该组电芯找出来并更换,即可使电池正常工作。方法是:在系统显示剩余电量突降后把电池从笔记本上取下,然后拆开,在电池的正负两极接上一个假负载(可以用电炉丝或大功率电阻),使放电电流接近笔记本电脑实际工作的电流(一般在笔记本电脑的底部的铭牌上均已标出整机的工作电压、电流和消耗功率)。然后用万用表测量每组电芯的电压,如果有一组或两组电芯的电压明显比其它电芯组要低,那每它们就是应该进行更换的电芯。

电芯的来源:电芯可以到当地的电子电脑市场或专业电池商店购买,选购时要注意新电芯的形状、体积要与原电芯一致,否则就有可能放不进电池盒内。本例中原电芯型号为CGR18650HM,容量为1600mAh,用来替换的应是18650系列的电芯(电芯直径是18毫米,高度为65毫米),笔者找到的电芯为全新的LGR18650P

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容量是1600mAh。为了能使电池工作更长的时间,可能的话最好选择容量比原电芯大的18650系列电芯来更换(如本例中可以选择容量为1800mAh2000mAh的电芯),因为这样改制后笔记本电脑的工作时间将会更长。如果买不到全新的锂电芯(其实市场上单节新锂电芯很少有卖),也可以考虑购买二手的,如购回二手笔记本电脑的电池解剖后取得。

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据笔者经验,市场上的许多二手锂电芯还是很好用的,如笔者从二手富士通笔记本电脑电池中拆得的单节容量为1200mAhSONY US18650S锂电芯,经试用发现效果很好。只是在选购时,条件允许的话,应当场测试一下整地块电池的实际使用时间,以确保电芯质量。

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果在当地市场上找不到合适的电芯,也可以通过邮购的方式来得到。如青岛华光电池有限公司、天津力神电池股份公司等均提供锂电芯的邮购零售,“18650”系列容量为1800mAh~2000mAh的单节锂电芯的价格在30~40元左右,有的厂家还进行了电芯性能的一致性测试,使用起来比较有保障。另外,也可以向广东等地的二手经销商邮购,这类邮购信息在电子类报刊杂志上刊登得比较多(如《电子报》中缝就经常刊登这类邮购信息)。

电芯的焊接:电池内电芯与电芯之间都是采用点焊的方法进行连接的,比较可靠,但一定要借助专业的点焊机才能实现。如果在当地的电子市场找不到提供电芯点焊服务的场所,业余条件下也可以用烙铁来焊接。由于电芯外壳是镀铬的,不容易吃锡,所以焊接方法一点要合理:先用电工刀的刀尖在电芯的两极按“十”字的两个方向进行刻划,即把没有封皮裹住的电芯两极刮花,然后用烙铁在刮花处搪上一层松香,再用沾上焊锡的烙铁对电芯进行焊接(下图为已上锡的电芯)。

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要注意的是,烙铁的温度较高,焊接时烙铁与电芯接触的时间不要超过3秒,以免由于电芯过热而导致性能降低。电芯与电芯之间应该用专用的镍质焊条(可取现存的――从旧电芯上拆)来连接,焊起来不仅方便而且可靠。最后按原来电芯的组合方式连接起来,放入电池盒

实际使用效果:本例中的电池经改制后,在上网或边打字边听MP3的状态下(显示屏亮度打到四分之三,音量开到一半),可以使笔记本持续工作2小时左右(用BatteryMark4.0进行“Life Test”一项测试,所得时间为2小时13分钟,见下图)。笔者也尝试了用上文提到的容量为1200mAhSONY US18650S二手锂电芯来替换原电芯,由于容量只有原电芯的四分之三(现有容量为2400 mAh,而原容量为3200 mAh),而且又是二手的,因此在浏览网页状态下笔记本只能工作1小时28分钟,不过对要求不高的朋友来说这仍是一种廉价而实用的改制方案。

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应注意的问题1、选购电芯时,应让厂家或经销商对电芯进行一致性测试(考虑容量、内阻、电压等因素),以确保改制质量。如果打算买二手电芯,最好多买几只,这样就有了挑选的余地。

2
、用新电芯改制后的电池,可以直接使用(因为锂电芯为了减轻自放电、防止性能的降低,在出厂时处于半充电状态),等到系统提示电量为1%~3%时关机,接上电源适配器充电至100%。不管是使用新电芯还是二手电芯,改制后都应对电池进行3~5次的完全充放电(即一次性充电到100%,然后用电池给笔记本供电,放电至1%~3%,再次充电至100%,如此循环3~5次)以发挥出电芯的最佳性能。

3
、用二手电芯改制电池后有时会出现这样的情况:插上电源适配器给电池充电几分钟后,电池充电指示灯就开始闪烁不停,如果这时开机的话,可以发现系统显示的电池电量为0%,机器用交流电供电,而电池不处于充电状态。产生这种现象的原因,一般是由于电芯的一致性不够好或改制前各电芯放电情况不一致造成的(即有的电芯已经放出的电量较少,因而电压较高;而有的电芯放出的电量较多,电压就较低),可以采用更换其它电芯或采用同样的电流把所有电芯都单节放电至3.0V的方法(用电炉丝或大功率电阻当负载)来解决。

4
、如果你用的电池是镍氢电芯的,那么是无法直接用锂电芯来替换的,因为两者的工作机理、充放电要求及电池内的保护电路是完全不同的。

最后,预祝各位改制成功,让您的电池拥有更充沛的电力。