قطعات داخل پک باتری پرتابل | سفری به دنیای درون باتری

قطعات داخل باتری لپ تاپ

باتری های لپ تاپ از نظر دسته بندی به دو نوع داخلی و خارجی تقسیم بندی می شوند. در این مقاله قصد داریم سفری به درون باتری های خارجی (External) و بررسی قطعات داخل باتری داشته باشیم. ابتدا یک معرفی کلی درباره ی ساختار باتری لپ‌تاپ خواهیم داشت و در ادامه اجزا و قطعات الکترونیکی آن را بررسی میکنیم. این اجزا شامل برد الکترونیکی ، سلول باتری و سایر قطعات مربوطه می شود . آیا این باتری ها قابل تعمیر کردن است ؟در ادامه با پارتاکو همراه باشید

باتری های لیتیوم یون (Li-Ion Battery): 

امروزه باتری های لیتیوم یونی از محبوبیت خاصی بر خوردار هستند. این محبوبیت به خاطر ترکیب منحصر به فرد  :ذخیره انرژی بسیار زیاد و حجم فیزیکی پایین می باشد. این گونه باتری ها امروزه در موبایل ها ، تبلت ها لپ‌تاپ ها و سایر دستگاه های الکترونیکی مشابه استفاده می شوند.

به نظر شما چه چیزی این باتری ها را در بین افراد جامعه مشهور کرده است ؟ برای دوام بهتر این گونه باتری ها چه باید کرد ؟

همکاران ما در پارتاکو به سوال بالا پاسخ داده اند

دلایل محبوبیت باتری های لیتیوم یون:

دلایل عمده ی محبوبیت اینگونه باتری ها نسبت به نمونه های مشابه به شرح زیر می باشد:

• وزن بسیار سبک نسبت به سایر باتری های قابل شارژ با سایز یکسان ، بارز ترین ویژگی باتری های لیتیوم یونی می باشد. الکترودهای این باتری های مخصوص لپ تاپ از لیتیوم و کربن ساخته شده اند. لیتیوم عنصری با واکنش پذیری بسیار بالاست بنابراین می توان میزان انرژی زیادی را در پیوندهای اتمی آن ذخیره نمود. یک باتری لیتیوم یونی می تواند میزان انرژی 150 وات برساعت را در یک کیلوگرم باتری نگهداری کند که این میزان ذخیره سازی انرژی به نسبت باتری های قدیمی ( سربی ) بسیار بیشتر است.
• میزان نگهداری شارژ این باتری ها نسبت به باتری های مشابه بسیار بالاتر است.
• در هنگام شارژ مجدد بر خلاف بسیاری از باتری ها نیاز نیست که شارژ آن به طور کامل تخلیه گردد.
• باتری های لیتیوم یونی می توانند صدها چرخه ی شارژ و تخلیه ی شارژ را کنترل نمایند.

معایب این گونه باتری ها:

در کنار مزایای گفته شده ، این گونه باتری ها دارای معایبی هستند:

• عمر مفید این باطری ها از بدو خروج از کارخانه شروع به کم شدن می کند و معمولا عمر مفید آن ها حدود 2 یا سه سال است . چه از باتری استفاده شود و یا بدون استفاده رها شود از طول عمر باتری به مرور زمان کاسته می شود.
• این باتری ها حساسیت زیادی نسبت به دمای بالا دارند. حرارت بالا باعث می شود تا سلول های باتری بیش از حد معمول خود تخریب شوند.
• برای مدیریت این باتری ها حتما باید دارای یک نوت بوک یا دستگاه مشابه باشید که این موضوع بزرگترین دلیل گران بودن این باتری هاست.

قطعات داخل باتری رایانه شامل چه قسمت هایی است؟

قطعات داخل باتری لپ تاپ شامل بخش های زیر می باشد:

1. بخش حرارت سنج
2. سلول های لیتیوم یون
3. مدار تبدیل ولتاژ
4. کانکتور لپ تاپ
5. محل تقسیم ولتاژ
6. کنترل کننده ی شارژ باتری

بخش حرارت سنج:

به تصویر بالا دقت کنید . این قسمت ، دمای کلی باتری را کنترل می کند . اگر به هر دلیلی، دما زیاد شود ، بخش حرارت سنج با کاهش الکترود های روی باتری باعث افت دما می شود . همچنین در داخل لپ تاپ نیز سنسورهایی در محفظه ی باتری وجود دارد که حرارت وارده را تا حد زیادی کنترل می کند.

سلول لیتیوم یون:

به هرکدام از بخش های سبز رنگ در تصویر بالا که شبیه باتری های معمولی است یک سلول گفته می شود . قدرت هرکدام از این سلول ها برابر  شش وات بر ساعت  انرژی است. گرم شدن بیش از حد یک سلول می تواند باعث گرم شدن سایر سلول ها می شود. درنتیجه باعث کاهش عمر مفید دستگاه می شود.

مدار تبدیل ولتاژ :

این مدار باعث می شود تا ولتاژ و جریان بی خطر در زمان شارژ و تخلیه ی شارژ دستگاه حفظ کند. اگرچه این قسمت برای شناسایی شرایط خطرناک و جلوگیری از آسیب سلول به کمک خاموش کردن باتری طراحی شده است ، اما خطاهای قطعات در اینجا می تواند خطر خرابی کل مدار را افزایش دهد.

کانکتور اتصال به لپ تاپ:

اسن قسمت در صورت جدابودن باتری از قطعات اصلی ، از خطر اتصالی در مدار جلوگیری میکند و خطرات جانبی را به حداقل می رساند. حتی اگر پوشش پلاستیکی باتری آسیب دیده باشد ، مدارهای داخل باطری باید شرایط اتصال کوتاه را شناسایی کرده و از تخلیه ی سریع سلول ها محافظت کنند.

محل تقسیم ولتاژ(شیر ولتاژ):

بیشتر تجهیزات مصرف کننده ، هر کدام از سلول ها را به عنوان یک باتری واحد در نظر میگیرند و این می تواند فاجعه بار باشد. با گذشت زمان و فرسوده شدن سلول ها ، برخی از آنها ظرفیت خود را سریعتر از سایر سلول ها از دست می دهند و عملیات شارژ و تخلیه میتواند به صورت معکوس انجام شود که بسیار برای باتری و دستگاه خطرناک است. مدارهای داخلی باتری باید ولتاژ ورودی و خروجی هریک از سلول هارا به صورت جداگانه کنترل کرده و در صورت عدم تعادل در یکی از سلول ها، آن سلول را خاموش نماید. این عملیات برعهده ی قسمت E در تصویر بالا می باشد که اصطلاحا به آن شیر ولتاژ گفته می شود.

کنترل کننده ی شارژ باتری:

این قسمت شامل یک ردیف LED و یک دکمه می باشد. برای گزارش وضعیت دقیق شارژ ، لوازم الکترونیکی داخل باتری باید سابقه ی جریان داخل سلول و یک مدل از رفتار آن را ثبت کنند. این گزارش باگذشت زمان دچار تغییراتی می شود که سلول های مدرن تر دوباره درجه بندی می شوند. این عملیات برعهده ی کنترل کننده ی شارژ باتری هست.

به چند نکته ی مهم دقت کنید:

• اگر لپ تاپ در هنگام شارژ یا استفاده از باتری بیش از حد گرم شود ، رایانه جریان برق را قطع کرده و سعی در خنک کردن اوضاع می کند. اگر لپ تاپ خود را در اتومبیل بسیار داغ بگذارید و سعی کنید از لپ تاپ استفاده کنید ، این رایانه ممکن است از برق رسانی شما جلوگیری کند تا زمانی که دستگاه خنک شده و به حالت طبیعی خود برگردد.
• اگر سلول های باتری به طور کامل تخلیه نشوند ، بسته ی باتری خاموش می شود. این حالت گویای خراب شدن سلول ها می باشد.
• لپ تاپ با وجود فضای کمی که اشغال میکند ، از باتری ها انرژی زیادی می گیرد. این کشش نیرو یکی از دلایلی است که باعث می شود باتری های لیتیوم یون ماهانه 5 درصد از انرژی خود را هنگام بیکار ماندن از دست دهند.‌

سلول های لیتیوم یون:

در ساختار این سلول باتری ، مانند اکثر باتری ها ، یک جعبه بیرونی ساخته شده از فلز دارید. استفاده از فلز در اینجا از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا باتری تحت فشار است. این مورد فلزی دارای نوعی سوراخ دریچه حساس به فشار (دریچه ی تهویه) است. اگر سلول باتری بیش از حد داغ شود ، باعث انفجار می گردد. وظیفه ی دریچه ی تهویه ، خارج کردن فشار و گرمای بیش از حد از سلول است. بدون وجود این دریچه ، استفاده از باتری بسیار خطرناک خواهد بود. این دریچه دقیقا به عنوان یک بخش ایمنی و حیاتی در سلول ها تعبیه شده است. همچنین سوئیچ PTC  از گرم شدن بیش از حد دستگاه جلوگیری می کند.

ساختمان سلول باتری لپ تاپ

سلول یک قطعه ی  فلزی دارای یک مارپیچ طولانی است که شامل سه ورق نازک فشرده شده به یکدیگر است:

• یک الکترود مثبت که آنود نامیده می شود
• یک الکترود منفی که کاتد نامیده می شود
• یک بخش جدا کننده ی الکترود های مثبت از منفی

در داخل محفظه ی فلزی سلول ، این ورق ها در یک حلال آلی غوطه ور می شوند که به عنوان الکترولیت عمل می کند. جدا کننده یک صفحه بسیار نازک از جنس پلاستیک و دارای سوراخ هایی بسیار ریز است. همانطور که از نام آن پیداست ، الکترودهای مثبت و منفی را از هم جدا می کند در حالی که اجازه عبور یون ها را می دهد. الکترود مثبت از اکسید کبالت لیتیوم ( LiCoO₂ ) ساخته شده است. الکترود منفی از کربن ساخته شده است. با شارژ شدن باتری ، یون های لیتیوم از طریق الکترولیت از الکترود مثبت به الکترود منفی منتقل می شوند و به کربن متصل می شوند.

در هنگام تخلیه ، یونهای لیتیوم از کربن به سمت LiCoO₂ حرکت می کنند. الکترود منفی از کربن ساخته شده است. با شارژ شدن باتری ، یون های لیتیوم از طریق الکترولیت از الکترود مثبت به الکترود منفی منتقل می شوند و به کربن متصل می شوند. در هنگام تخلیه ، یون های لیتیوم از کربن به سمت LiCoO2 حرکت می کنند.

حرکت این یونهای لیتیوم در یک ولتاژ نسبتاً زیاد اتفاق می افتد ، بنابراین هر سلول 3.7 ولت تولید می کند. این بسیار بالاتر از 1.5 ولت معمولی سلول قلیایی AA معمولی است که از سوپرمارکت خریداری می کنید و به جمع و جورتر شدن باتری های لیتیوم یون

در دستگاه های کوچک مانند تلفن های همراه کمک می کند. ما در مورد چگونگی افزایش عمر باتری در مقالات قبلی خود توضیح داده ایم

به طور کلی اکثر لپ تاپ ها از سلول های یونی لیتیوم مشابه نوع 18650 در بسته­ ی­ باتری استفاده  می کنند. باتری لپ تاپ شما باید دارای برچسبی باشد که ولتاژ اسمی و ولتاژ مورد نیاز برای شارژ و همچنین راهنمای استفاده ی باتری بر روی آن درج شده باشد. معمولا چنین سلول لیتیوم یونی حداکثر تا 4.20 ولت در جریان  DCشارژ می شود ، ولی حد معمول شارژ در این سلول ها برابر 3.75 ولت در جریان DC می باشد.

باتری شامل تعدادی از گروه های سلول میباشد که به صورت سری به هم متصل شده اند . به عنوان مثال اگر ولتاژ اسمی باتری را 15 ولت در نظر بگیریم و آن را تقسیم بر 3 یا 4 یا 5 کنیم، و جوابی معادل 3.75 یا 4.20 ولت دریافت کنیم ، این پاسخ بیانگر این است که ولتاژ اسمی درج شده بر روی باطری مضربی از تعداد سلول ها در بسته هست که به صورت سری به هم متصل شده اند.

به طور کلی بسته دارای یک اتصال مثبت برق ، یک اتصال منفی ، و یک مقاومت به نام NTC که وظیفه ی کنترل دمای سلول ها را بر عهده دارد تشکیل شده است. عملیات شارژ باتری نباید خارج از محدوده ی استاندارد تعریف شده برای باتری انجام شود. به عنوان مثال ، دمای استاندارد برای این باتری ها از -10 درجه ی سانتی گراد تا +45 درجه ی سانتیگراد تعریف شده است و در صورت کمتر یا بیشتر بودن دما ، NTC وارد عمل شده و دمای مورد نظر را فراهم می کند و درصورت نیاز عملیات شارژ را متوقف می نماید.

جمع بندی کلی :

در این مقاله با قطعات داخل باتری لپ تاپ و تکنولوژی ساخت آن ها آشنا شدیم و فهمیدیم باتری ها ی لیتیوم یون شامل 6 بخش اصلی می باشند :

1. 1. بخش حرارت سنج
2. 2. سلول های لیتیوم یون
3. 3. مدار تبدیل ولتاژ
4. 4. کانکتور لپ تاپ
5. 5. محل تقسیم ولتاژ
6. کنترل کننده ی شارژ باتری

فرایند شارژ باتری لپ تاپ و خالی شدن شارژ آنرا را برای شما شرح دادیم. همچنین ساختمان داخلی سلول باتری لیتیوم یون را تشریح کرده و تمامی قسمت های آن را معرفی کردیم.

در پایان امیدوارم که از این مقاله بتواند پاسخگوی ابهامات و سوالات شما در مورد باتری های لیتیوم یونی باشد. در آینده ای نزدیک مباحث مربوط به مدار باتری لپ تاپ تکمیل تر خواهد شد.

پیروز و سربلند باشید.

درباره ویژگی باتری لپ تاپ