《電子技術(shù)應(yīng)用》
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深度解讀筆記本長(zhǎng)效電池技術(shù)
摘要: 很多用戶購(gòu)買筆記本的目的,就在于移動(dòng)辦公。移動(dòng)性,包括了兩個(gè)要素:一是便攜性,二是高續(xù)航時(shí)間。在便攜性上,各大廠商花費(fèi)了極大的代價(jià),在諸多方面盡可能的降低筆記本的重量。在續(xù)航時(shí)間上,低電壓處理器、LED屏幕等低功耗配件,有效降低了整機(jī)的功耗,提高續(xù)航時(shí)間。
Abstract:
Key words :

很多用戶購(gòu)買筆記本的目的,就在于移動(dòng)辦公。移動(dòng)性,包括了兩個(gè)要素:一是便攜性,二是高續(xù)航時(shí)間。在便攜性上,各大廠商花費(fèi)了極大的代價(jià),在諸多方面盡可能的降低筆記本的重量。在續(xù)航時(shí)間上,低電壓處理器、LED屏幕等低功耗配件,有效降低了整機(jī)的功耗,提高續(xù)航時(shí)間。

  市面上不乏高續(xù)航時(shí)間的筆記本電腦,不過(guò),眾多商務(wù)人士還是抱怨不停:自己的筆記本電腦總是續(xù)航時(shí)間不夠,哪怕是購(gòu)買的高續(xù)航類筆記本,用不到兩個(gè)月,續(xù)航時(shí)間就從6個(gè)小時(shí)降到3個(gè)小時(shí)了。

  擺在我們面前的問(wèn)題是,剛買來(lái)時(shí),續(xù)航時(shí)間確實(shí)很長(zhǎng),但是用一年后,電池的續(xù)航時(shí)間就會(huì)大打折扣甚至只能撐半個(gè)小時(shí)。“優(yōu)點(diǎn)不能保持的筆記本,買它有什么用?”縱觀筆記本市場(chǎng),所有的筆記本電腦都是這樣。

  因?yàn)殡姵氐募夹g(shù),很多年來(lái),都止步不前。容量上已經(jīng)夠用,但是損耗速度過(guò)快的缺點(diǎn)卻沒(méi)有改善。

  我們不禁驚呼:筆記本電池的損耗,實(shí)在太快了。如果你購(gòu)買筆記本的唯一目的,就是移動(dòng)辦公,那你只好花1000多元,再買一塊原裝電池了。三年下來(lái),筆記本電腦還沒(méi)壞,電池就換了幾塊了,這個(gè)價(jià)錢,夠買一臺(tái)中低端的筆記本了。

  

 

  傳統(tǒng)的筆記本電池內(nèi)部

  傳統(tǒng)的筆記本電池由鋰電池電芯、控制電路、充放電回路、外殼等部分組成。電池的容量損耗過(guò)快,有很多原因。其中很大部分的原因是這類電池的固有缺點(diǎn)。

  

 

  電芯

  這類電池的耗損分為兩種,一種是電芯的物理耗損,也就是鋰電芯的耗損;另一種是電池整體的耗損,也就是我們能用軟件查看到的那個(gè)耗損。兩種耗損之間是有關(guān)聯(lián)的,但不完全一致。

  大家都知道電池里有一塊保護(hù)芯片,這塊保護(hù)芯片最主要的作用是保證電芯不會(huì)過(guò)充和過(guò)放。過(guò)充會(huì)導(dǎo)致電芯過(guò)熱,加速損耗;過(guò)放會(huì)導(dǎo)致電芯內(nèi)部的可逆化學(xué)反應(yīng)失效,過(guò)放的越厲害,失效的比例越大。

  

 

  為了達(dá)到不過(guò)充和過(guò)放的目的,設(shè)計(jì)人員會(huì)在芯片上配置一個(gè)監(jiān)控程序。這個(gè)程序會(huì)一直的運(yùn)作并記錄電池的充放電數(shù)據(jù),其中包括電池的電壓和充放電電流。

  放電時(shí),記錄下來(lái)的電壓和電流數(shù)據(jù)會(huì)被換算成為實(shí)測(cè)電量,當(dāng)電池電壓接近低限時(shí),監(jiān)控程序會(huì)認(rèn)為電池的能量消耗殆盡,并對(duì)比最大容量和實(shí)測(cè)容量,如果實(shí)測(cè)容量小于最大容量那么監(jiān)控程序便會(huì)把最大容量調(diào)低,以避免過(guò)充。

  因?yàn)槌潆姇r(shí),芯片是不知道有沒(méi)有充滿的。過(guò)放的原理類似,具體的下調(diào)幅度就要看廠家的設(shè)置了。

  這樣設(shè)計(jì)的最主要目的是照顧電芯的物理?yè)p耗。因?yàn)殡姵乩镉卸鄠€(gè)電芯,電芯的體質(zhì)有好有壞,當(dāng)體質(zhì)差的電芯開(kāi)始老化,那么串并聯(lián)在一起的、體質(zhì)好的電芯也必須下調(diào)容量,整體容量就會(huì)成倍下降,這就是電池的整體損耗。假如最大容量沒(méi)有跟隨著最差的電芯調(diào)整,那么在放電的過(guò)程中很有可能會(huì)導(dǎo)致體質(zhì)差電芯過(guò)放,導(dǎo)致整個(gè)電池徹底報(bào)廢。總結(jié)一下,傳統(tǒng)的筆記本電池?fù)p耗的原因有:

 

  1.電芯的固有化學(xué)屬性,決定了電芯會(huì)緩慢老化。

  2.電芯過(guò)充、過(guò)放會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞電芯,為了不過(guò)充和過(guò)放,控制電路每次都得下調(diào)容量。幅度過(guò)大,容量會(huì)被人為的降低;幅度過(guò)小,電芯會(huì)加劇損耗,實(shí)際容量下降的更厲害。這是一個(gè)矛盾。

  3.多電芯串并聯(lián)的結(jié)構(gòu),決定了整體容量要隨著最差的電芯調(diào)整。

  3年前,Boston-Power公司就開(kāi)始開(kāi)發(fā)Sonata電池,和傳統(tǒng)的理念不同,容量并不是Sonata電池的訴求,其目的就是制造使用中損耗極低的電池。

  

 

  Sonata電芯

  Sonata的電芯,和傳統(tǒng)的18650電芯有顯著的不同,它更像我們電表里使用的方形電池。以下是采用Sonata電芯和傳統(tǒng)電芯的筆記本電池對(duì)比圖:

  

 

  Sonata電池只有3個(gè)電芯

  可以發(fā)現(xiàn),Sonata電池,和傳統(tǒng)電池比,電池組的電池?cái)?shù)量減少到了3個(gè)。

  

充放電次數(shù)和最大容量的函數(shù)曲線

 

  Boston-Power的Sonata型電池充放電次數(shù)可以達(dá)到1,000次,但性能不會(huì)有絲毫下降。這大約相當(dāng)于現(xiàn)有電池壽命的三倍。那些之前在每部筆記本電腦壽命期內(nèi)需要使用兩到三塊電池的高端商業(yè)用戶,現(xiàn)在只需要一塊電池就夠了。另外,Sonata型電池只需要30分鐘就能充夠80%的電量,而充足電量也只需1個(gè)小時(shí),電池性能不會(huì)有任何下降?,F(xiàn)在的電池一般在采用快充模式時(shí)也要1個(gè)小時(shí)才能充夠80%的電,而且在充過(guò)300此之后,電池的性能會(huì)下降60%-80%。

  Sonata設(shè)計(jì)元素采用了混合氧化物(Co與Mn)陰極化學(xué),其化學(xué)反應(yīng)和傳統(tǒng)的鋰電池有顯著的區(qū)別。獨(dú)立的低啟動(dòng)的CID和特制的PTC,可避免出現(xiàn)電池壓力過(guò)高現(xiàn)象。新穎的電流中斷裝置、新型熱熔絲、獨(dú)特的減壓閥,以及更安全的封裝配置,都使安全性有了明顯提高。

  

 

  充電函數(shù)

  此外,Sonata還具有業(yè)界最快的充電速度,在僅僅30分鐘內(nèi)即可充滿達(dá)80%的容量,這意味著充電時(shí)間僅是其它電池的一半或更短。Sonata廣泛適用于現(xiàn)有的電池組設(shè)計(jì)與外形尺寸,只不過(guò)原18650電池組的結(jié)構(gòu)是2p3s,而Sonata電池組的結(jié)構(gòu)是3s。

  總結(jié)一下,Sonata電池能降低容量損耗速率的原因有:

  1.電芯采用全新的混合氧化物陰極化學(xué)材料,過(guò)充或者過(guò)放對(duì)于反應(yīng)鏈的影響不大。

  2.數(shù)量更少的電池組(僅為三個(gè)),有效容量實(shí)際上升,筆者猜測(cè),電芯內(nèi)部存在緩沖過(guò)充和過(guò)放的機(jī)制。

  3.控制電路的改進(jìn)。筆者猜測(cè),因?yàn)殡娦緮?shù)量減少到了3個(gè),有可能控制電路對(duì)單個(gè)電芯進(jìn)行獨(dú)立控制。

  惠普把這種使用Sonata技術(shù)的鋰離子電池稱之為Enviro系列,惠普稱這種電池的壽命是大多數(shù)筆記本電池的3倍,所以惠普將提供三年質(zhì)保。

  

 

  采用Sonata技術(shù)的Enviro系列電池

  惠普最先發(fā)售的將是Enviro系列NH493AA#ABA型號(hào)電池,這種電池兼容的機(jī)型如下:HP Pavilion dv4、dv5、dv6,HP HDX 16、HP G50、G60、G61、G70、G71以及康柏型號(hào)Compaq Presario CQ40、CQ45、CQ50、CQ60、CQ61、CQ70、CQ71。

  使用Sonata技術(shù)的惠普鋰電池售價(jià)149.99美元,價(jià)格不算便宜。產(chǎn)品將于本月晚些時(shí)候開(kāi)始供貨。對(duì)于新出廠的機(jī)型,惠普將把這種電池作為可選電池組件銷售。

  另外,近期華碩也會(huì)推出基于Sonata電池技術(shù)的筆記本或者電池配件。

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