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笔记本电池知识概述一 [复制链接]

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madjjs  
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2015-05-20
楼主    madjjs 发表于: 2015-06-13 09:46:49 
 笔记本电池关系这笔记本电脑的移动性能使用,用户常常对笔记本电脑的相关知识信手拈来,对于笔记本电池的知识却不太了解,想要保养修复笔记本电池,了解其基础知识是非常有必要的。

笔记本电池知识概述一

一、笔记本的电池的外观

   对于笔记本的电池的外观可以说是没有特定的标准,主要的根据笔记本的机构部件的设计有关系的。大体是可以分为:条形和块形。

二、笔记本电池外壳上标识的意义

  首先我们来看一下笔记本电池的外壳,上边往往有许多数字标签,我们就先来看一下这些数字标签的含义。电池组外的标签,一般内容有:

  1、电池的生产厂商、型号,额定电压,额定容量。只要是正规厂家生产的电池,额定电压和额定容量这两个标签肯定都有的。有的会标明额定功率=额定电压*额定容量,如48.84Whr,28.08Whr。

  2、额定电压(NominalVoltage)一般常见的为10.8V(11.1V)或14.4V。若以锂离子电池为例,大家知道一节锂离子电池的电压为3.6V或者3.7V,这当然达不到笔记本所需要的电压,因此一般采用串联的方式。如果额定电压是10.8V=3.6V*3节,那么就是串联了3节,串联4节电压就成为14.4V=3.6V*4节,但有些二次电池在制造厂所标定的单节锂离子电池电压为3.7V,所以三节串起来的电压为11.1V=3.7V*3。若以1.2V的镍氢型号电池,则串联9节单电池至10.8V,以达到笔记本工作所需要的工作电压。

  3、额定容量(NominalCapacity):

  一般来说,单节镍氢电池的容量要比锂离子电池大,一节18650镍氢电池的容量即可达到4200~4500mAh之间,而常用的18650锂离子电池单一节容量为1500~2000mAh之间,所以如果笔记本电池采用的是镍氢电池,只要将电池串联,提高电池的工作电压就可以了。而锂离子电池因电池制造厂商的技术差异而有所不同,笔记本电池如采用锂离子电池,通常使用3节并联,来提高电池容量,三节并联一般可达到4500~6000mAh之间。

  举例说明:

  例1 一组标示为Li-ion、10.8V、3200mAh的电池组,代表该电池组内容为锂离子电池,內含6节3.6V、1600mAh、18650的锂离子电池,采用3串2并(3S2P)组成方式。电压为3.6V×3=10.8V,容量为1600mAh×2=3200mAh。

  例2 一组标示为Ni-MH、10.8V、4200mAh的电池组,代表该电池组内容为镍氢电池,內含9节1.2V、4200mAh、18650的镍氢电池,采用9节电池串联方式。)除了上述的标签外,一般上边会有电池使用环境限制的标签、使用时的注意事项以及电池回收标签。

三、笔记本电池的种类

  根据内部所用电池的种类来划分,常见的为Li-ion锂离子电池、Ni-MH镍氢电池、Li-polymer高分子锂电池,另外还有较少看到的Ni-Cd(镍镉电池)以及最新的燃料电池。注意:我们平时说的锂电池是指Li-ion锂离子电池,非Li-polymer高分子。

  1、几种电池比较:

  最早的笔记本电脑都是使用Ni-Cd镍镉电池,由于当时电池技术不够先进,因此镍镉电池有了很多令人头疼的缺点,如:体积大、份量重、容量小、寿命短、有记忆效应等。因此目前镍镉电池基本上已经被淘汰,以下不再对它进行详细介绍。

  接下来笔记本电脑开始采用镍氢(Ni-MH)电池,这种电池具有较好的性价比和较大的功率,同时“镍氢电池是一种最环保的电池,注重环保的国家都大力提倡使用镍氢电池,因为易于回收再利用,且对环境的破坏也最小。不过镍氢电池与锂电相比,还是有一些缺点。充电时间长、重量较重、容量也比锂电小,电池持续放电时间太短,还有记忆效应,它的记忆虽然不像镍镉电池那么大,但还是需要放电,用户必须用尽后再充电。镍氢电池很快被锂离子(Li-ion)电池替代。锂电很早以前就有了,开始它使用时不太安全,经常会有在充电时出现燃烧、爆裂的情况,这也许是因为锂元素太活跃的缘故。后来就有了改进型的锂离子电池,加入了能抑制锂元素活跃的成份,从而使锂电真正达到了安全、高效、方便,而老的锂电也随之淘汰了。区分它们也很简单,从电池的标识上就能识别,锂电为Li、锂离子电池为Li-ion。现在,笔记本使用的所谓锂电,其实就是锂离子电池。锂离子电池储能密度大,可随时充电并且持续放电时间长,一般在3小时左右。电池的容量大小主要从所标出mAh(毫安时)数值来判断,如3000mAh、4000mAh等,数值越大,电池的容量就越大。

  当然锂离子电池也有缺陷,如价格高和充放电次数少等等。锂电池的充放电次数只有400-600次,经过特殊改进的产品也不过800多次。按每天充电一次计算,最好的锂电池也不过两年多。而镍氢电池的充电次数能够达到700次以上,某些质量好的产品充放电可达1200次,这样一比较,镍氢电池要比锂电池长寿,而且镍氢电池的价格也要比锂电池低很多。由此看来,目前还没有十全十美的笔记本电池。

  燃料电池(FuelCell):燃料电池是笔记本电池的未来新星,它有很多种类,包括质子交换膜燃料电池(PEM)、碱性燃料电池(AFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)等多种,但由于燃料电池的启动时间和运行温度等原因实际上适合笔记本电脑使用的燃料电池只有质子交换膜燃料电池(PEM)。PEM燃料电池使用的燃料是甲醇等,由正、负电极组成它发电的原理是经过对甲醇进行氢重整后输入负极,氧输入正极,通过催化剂的作用,氢原子转变为质子和电子,由不同路径进入正极,电子通过内部循环产生电,质子通过电解液达到正极,与氧和电子结合后产生水和热。专家们一致认为,制约燃料电池商业应用最大的因素是燃料电池要使用金属铂(Pt)即白金做催化剂使生产成本一直居高不下,目前燃料电池的生产成本在500~1000美元/千瓦。研究显示,只有当燃料电池的生产成本降至50美元/千瓦左右的水平时才能真正为消费者所接受。燃料电池成本高的主要原因是尚未形成批量生产,一旦进入大批量生产阶段,燃料电池的价格肯定会大大降低。

  2、三种常用电池的主要特性:

  Li-ion锂离子电池基本原理:锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成,负极则是特殊分子结构的碳。常见的正极材料主要成分为LiCoO2,充电时,加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子,嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。放电时,锂离子则从片层结构的碳中析出,重新和正极的化合物结合。锂离子的移动产生了电流。

  化学反应原理虽然很简单,然而在实际的工业生产中,需要考虑的实际问题要多得多:正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性,负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子;填充在正负极之间的电解液,除了保持稳定,还需要具有良好导电性,减小电池内阻。虽然锂离子电池很少有镍镉电池的记忆效应,记忆效应的原理是结晶化,在锂电池中几乎不会产生这种反应。但是,锂离子电池在多次充放后容量仍然会下降,其原因是复杂而多样的。主要是正负极材料本身的变化,从分子层面来看,正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞;从化学角度来看,是正负极材料活性钝化,出现副反应生成稳定的其他化合物。物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况,总之最终降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目。过度充电和过度放电,将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏,从分子层面看,可以直观的理解,过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷,过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去,而使得其中一些锂离子再也无法释放出来。这也是锂离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因。

  不适合的温度,将引发锂离子电池内部其他化学反应生成我们不希望看到的化合物,所以在不少的锂离子电池正负极之间设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂。在电池升温到一定的情况下,复合膜膜孔闭合或电解质变性,电池内阻增大直到断路,电池不再升温,确保电池充电温度正常。(下面内容有待于辨别而深充放能提升锂离子电池的实际容量吗?电池专家明确地告诉我们,这是没有意义的。他们甚至说,所谓使用前三次全充放的“激活”,也想不通这有什么必要。然而为什么很多人深信充放以后BatteryInformation里标示容量会发生改变呢?后面将会提到。

笔记本电脑用锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器,存有容量、温度、ID、充电状态、放电次数等数值。这些数值在使用中会逐渐变化。在笔记本电脑的使用说明中的“使用一个月后应该全充放一次”的做法主要的作用应该就是修正这些寄存器里不当的值,使得电池的充电控制和标称容量吻合电池的实际情况。充电控制芯片主要控制电池的充电过程。Li-ion锂离子电池的充电过程分为两个阶段,恒流快充阶段和恒压电流递减阶段。恒流快充阶段,电池电压逐步升高到电池的标准电压,随后在控制芯片下转入恒压阶段,电压不再升高以确保不会过充,电流则随着电池电量的上升逐步减弱到0,而最终完成充电。电量统计芯片通过记录放电曲线(电压,电流,时间)可以抽样计算出电池的电量,这就是我们在BatteryInformation里读到的wh.值。而锂离子电池在多次使用后,放电曲线是会改变的,如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线,其计算出来的电量也就是不准确的。所以我们需要深度充放电来校准电池的芯片。

  3、未来电池的发展方向:——燃料电池FC

  早在2003年3月全球最大的笔记本电脑厂商之一日本东芝宣布其已经成功地开发出了支持笔记本电脑的小型燃料电池。这是在世界上首次将燃料电池直接与电脑连接的创造性举动。新型燃料电池采用甲醇作为燃料,通过化学反映产生电能,同种情况下与采用锂电池的笔记本电脑相比,50CC的甲醇可以连续使用5小时,超过锂电池两倍以上。NEC最新开发的笔记型电脑用燃料电池重量仅为0.9千克,但却能使笔记型电脑续航时间猛增至40小时,预计最早可于2004年中期推出此种高效能电池产品。除东芝、NEC之外,索尼目前也正在积极研发移动设备专用燃料电池。关于燃料电池的具体介绍,用户可以通过文章[color=silver][url=http://www.bjbdc8.com/dczhwt/195.html]笔记本电池未来发展——燃料电池[/url][/color]了解。