求配聯(lián)想 1680013 筆記本電腦的電池

【專家解說(shuō)】：電池指的是將化學(xué)能、光能、原子能等其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。它分為一次電池（俗稱干電池）和二次電池（即可反復(fù)充電電池），隨著電池技術(shù)的飛速發(fā)展，電池經(jīng)歷了由最初的伏打電池到鎳鎘電池、鎳氫電池、到現(xiàn)在最主流的鋰電池以及代表發(fā)展方向的燃料電池。如果說(shuō)CPU是筆記本電腦的大腦，那么筆記本電池?zé)o疑就是筆記本電腦的能量源泉--心臟。筆記本電腦的主要特性"可移動(dòng)性計(jì)算"也就要靠這塊小小的電池來(lái)提供。筆記本電池經(jīng)歷了幾代的發(fā)展，無(wú)論是其體積、容量以及類型都已發(fā)生了巨大的變化。每次筆記本電腦的飛躍都與筆記本電池有很大的關(guān)系，但廠商似乎忽略了這個(gè)方面的宣傳，致使用戶對(duì)筆記本很重要的部分很少關(guān)注，也導(dǎo)致用戶對(duì)筆記本電池的認(rèn)識(shí)也少之又少。在筆記本電腦中主要是使用可反復(fù)充電的鎳鎘、鎳氫、鋰電池，但目前當(dāng)然是以鋰電池為主。其實(shí)筆記本電腦用的電池也是非常簡(jiǎn)單，它包括了電芯、控制電路和外部接口等幾部分，有些廠商的產(chǎn)品還會(huì)帶有電量指示燈（如昭陽(yáng)K71的電池），然后再把這些部件一起封裝在一個(gè)外殼中，做成不同的形狀。筆記本電池工作原理目前，市場(chǎng)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(jiàn)的正極材料主要成分為L(zhǎng)iCoO2，充電時(shí)，加在電池兩極的電勢(shì)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(shí)，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(dòng)產(chǎn)生了電流。化學(xué)反應(yīng)原理雖然很簡(jiǎn)單，然而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，需要考慮的實(shí)際問(wèn)題要多得多：正極的材料需要添加劑來(lái)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(jí)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(huì)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(huì)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(lái)看，正負(fù)極上容納鋰離子的空穴結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸塌陷、堵塞；從化學(xué)角度來(lái)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(huì)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(guò)程中移動(dòng)的鋰離子數(shù)目。過(guò)度充電和過(guò)度放電，將對(duì)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(guò)度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過(guò)度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，過(guò)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(wú)法釋放出來(lái)。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(huì)逐漸變化。我個(gè)人認(rèn)為，在筆記本電腦的使用說(shuō)明中的"使用一個(gè)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(guò)程。鋰離子電池的充電過(guò)程分為兩個(gè)階段，恒流快充階段(電池指示燈呈黃色時(shí))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(huì)過(guò)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(guò)記錄放電曲線(電壓，電流，時(shí)間)可以抽樣計(jì)算出電池的電量，這就是我們?cè)贐attery 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(huì)改變的，如果芯片一直沒(méi)有機(jī)會(huì)再次讀出完整的一個(gè)放電曲線，其計(jì)算出來(lái)的電量也就是不準(zhǔn)確的。所以我們需要深充放來(lái)校準(zhǔn)電池的芯片。電池外觀及標(biāo)識(shí)定義首先我們來(lái)看一下筆記本電池的外殼，上