Наша сеть партнеров Banwar
Як влаштований акумулятор для ноутбука
У цій статті розглянемо пристрій акумулятора (батареї) для ноутбука на живому прикладі - батареї для ноутбука виробництва компанії ACER модель AS10B31 .
Отже, давайте для початку подивимося на параметри нашої батареї:
Нас на даний момент цікавить напис Li-Ion 11.1V 5200 mAH. Що ж вона означає, - по порядку:
Li-Ion - всередині батареї встановлені літій-іонні елементи
11.1V - середня точка робочої напруги, забігаючи вперед скажу, дане напруга виходить при послідовному з'єднанні трьох літій-іонних елементів, можна також зустріти напис 10.8 вольт - це фактично те ж саме, ті ж літій-іонні елементи, тільки з середньою робочою точкою 3.6 (проти 3.7 при 11.1V) вольта у кожного з трьох послідовно з'єднаних елемента.
І третій параметр написи - 5200mAh - це ємність батареї, отримана в результаті паралельного з'єднання двох літій-іонних осередків (кожна по 2600мАЧ). Таже слід зазначити що зустрічаються посилені батареї ємністю 6600мАЧ (виходить при паралельному з'єднанні 3 осередків ємністю 2200мАЧ, або 2 осередків ємністю понад 3200Мач) це випливає з законів фізики (шкільний курс - при паралельному з'єднанні двох джерел постійного струму їх сумарна ємність складається). Що стосується робочої напруги батареї, то воно буває 14.4 (14.8) Вольт - при послідовному з'єднанні 4 літій-іонних осередків.
Заглядаємо всередину нашої батареї:
А всередині батареї ми бачимо те, про що говорили раніше - 3 групи батарей по 2 штуки в паралель (1, 2, 3) з'єднаних послідовно, дана конфігурація називається 3S2P (3 послідовно 2 паралельно). Слід зазначити для повного розуміння, якщо згадати шкільний курс фізики - при послідовному з'єднанні джерел постійного струму - напруга буде навно сумі напруг кожного джерела постійного струму, якими і є самі групи літій-іонних елементів. Елементи li-ion виконані в досить поширеному форм-факторі 18650, це означає що діаметр елемента живлення становить 18мм, довжина елемента - 65мм. Зустрічаються елементи такого формату різної ємності і з різними здібностями в токоотдачи, тобто яке навантаження здатний витримати елемент, для ноутбуків використовуються елементи самого "низького" діапазону здатності витримувати постійне навантаження - близько 0.5с (це означає що елемент здатний без шкоди власному станом витримати постійне навантаження в половину своєї ємності), тобто для середньостатистичного елемента в 2200мАч, або 2.2Ач - максимально допустиме навантаження складає 1.1 А (Ампера). Також зустрічаються елементи формату 18650 здатні витримати значно більші навантаження - 10, 15, 20 і навіть 30 ампер. Такі елементи використовуються в парогенераторах (електронні сигарети), шуруповертів, батареях електровелосипедів та інших потужних пристроях. У нашому магазині також є акумулятори формату 18650.
Середня точка робочого напруга наших елементів 3.6 вольта, отже на виході ми отримаємо 3.6 вольт + 3.6 вольт + 3.6 вольт = 11.1 Вольт. Також хотілося б трохи прояснити ситуацію з діапазоном напруги батареї: фізико-хімічні параметри будь-якої батареї будь то літій-іонний, свинцева або нікель-кадмієві, зумовлюють певний розкид напруги від мінімально допустимого (2.7 - 2.8 Вольта для літій-іонних елементів) в повністю розрядженому стані до максимального - 4.2 - 4.35 вольта (для їх же) в повністю зарядженому стані, в залежності від окремих хімічних складів у різних виробників.
Іншими словами - розряджений елемент має мінімальну напругу (2.7 вольт), а повністю заряджений елемент має напругу 4.2-4.35 вольт. Виходячи з цього випливає логічний висновок - робоча напруга літій-іонної батареї ноутбука коливається від 8 вольт (3 послідовно з'єднані групи елементів) до 12.6 (13) вольт. А середня робоча точка напруги - вказана в параметрах батареї - в нашому випадку це 11.1 Вольт.
Тепер давайте розберемося, що ж стало причиною виходу з ладу акумуляторної батареї в нашому випадку.
Після від'єднання всіх елементів один від одного, завмер напружень на окремо взятих елементах показав, що одна група з 2 елементів має напругу 0. Так вже виходить що гідність угруповання по 2 елементи паралельно для збільшення загальної ємності, стало причиною виходу з ладу батареї - а причина в наступному: один з елементів вийшов з ладу (це може бути КЗ (коротке замикання) елемента, це може бути втрата ємності, зростання внутрішнього опору елемента), а оскільки вийшов з ладу елемент з'єднаний з другим паралельно, в йшов з ладу і другий елемент, якщо взяти за основу коротке замикання - другий елемент вийшов також замкнутий, що призводить до миттєвої "загибелі" елемента внаслідок перегріву.
Якщо розглядати вихід з ладу елемента через велику внутрішнього опору або втрати ємності, другий елемент вийде з ладу не відразу - оскільки все навантаження буде доводиться не на 2 елемента а на 1, і внаслідок величезних навантажень, на які елемент не розрахований він вийде з ладу після кількох десятків циклів заряд-розряд, або декількох циклів внаслідок перегріву від навантажень на які він знову ж таки не розрахований.
У світі проводиться величезна кількість елементів живлення, в нашому випадку, як і в більш 90% батарей ноутбуків використовуються літій-іонні батареї формфактору 18650. Як вже було зазначено раніше, - це її розміри - 18мм діаметр, 65мм довжина елемента. Різні моделі таких елементів розраховані в залежності від їх призначення на різні навантаження, зокрема батареї, які використовуються у виробництві ноутбуків - на розрядні струми до 0.5с, ця цифра означає що елемент не розрахований на навантаження, що перевищує 0.5 (половину) ємності елемента, т. е. при ємності елемента 2200Мач - гранично допустимий струм розряду не повинен перевищувати 1100мА або 1.1А. Що стосується нашої батареї - наприклад ємність одного осередку 2600Мач - гранично допустимий струм навантаження - не більше 1300Ма або 1.3а, соответсовенно 2 з'єднаних паралельно елементу можуть безпечно витримати навантаження 2.6а або 2600мА.
При виробництві ноутбука інженери проводять розрахунок максимальної споживаної потужності ноутбуком і відповідно до цих параметрів закуповуються елементи живлення. Середньостатистичний ноутбук в режимі роботи (серфінгв мережі інтернет, фільми, музика та інше) споживає в середньому 30Вт енергії, це означає що при напрузі живлення 11.1 вольт (середня точка робочої напруги батареї) струм доходить до 2.7-3А. Це навантаження бере на себе кожна група з 2 елементів (в нашому випадку) .В момент, коли в батареї ноутбука вийшов з ладу один елемент, другий ще поки живий елемент став відчувати в двоє великі навантаження, на які він просто не розрахований, що стало причиною виходу і його з ладу. Оскільки одна група з 2 елементів вийшла з ладу, напруга стало нижче мінімально допустимого - не більше 8 вольт, або пропало зовсім (в разі обриву захисного контакту в елементах) що вже ніяк недостатньо для запуску і роботи пристрою.
За всією цією справою: окремо взятими групами елементів, зарядом і розрядом стежить контролер батареї (невелика хустки) - він розташований внизу у нас на картинці, він-то і повідомляє вашого ноутбука що слід замінити батарею, це повідомлення з'являється і в операційній системі (іконка батареї).
Як вже було зазначено раніше, випускається велика кількість елементів такого форм-фактора, наприклад існують високотоковие елементи, призначені, скажімо, для електронних сигарет. Такі елементи можуть витримувати високі струми, наприклад до 30А. Відчуваєте різницю - 1-1.5А і 30А. Так, такі елементи є, але коштують вони в рази дорожче звичайних, здатних витримати малі навантаження. Батарея, виготовлена з використанням таких елементів жила б довге і щасливе життя, є одне АЛЕ - коштувала б така батареї можливо дорожче самого ноутбука) Ось саме тому виробники пристроїв постійно баллансіруют на межі ціни і якості, адже всі ми повинні розуміти - у якісної речі - своя ціна.
2017-03-03 всі статті