Як відновлювати акумуляторні батареї для ноутбука

Як відновлювати акумуляторні батареї для ноутбука

 

 

У батареях сучасних ноутбуків застосовуються литій - іонні та літієво-полімерні елементи, тоді як випущені три-чотири роки тому могли містити і нікель – метал - гідридні компоненти. Для того, щоб визначитися з причиною виникнення дефекту, необхідно знати, як функціонують ці елементи.

 

Нікель – метал - гідридні (NіMH) акумулятори прийшли на зміну нікель-кадмієвим (NіCd) та, незважаючи на їх активно розрекламовані переваги, вони в цілому не виправдали сподівань споживачів через коротший у порівнянні з нікель-кадмієвими акумуляторами термін служби, хоча зразки, випущені наприкінці 2001 року, стали більш сучасними завдяки зміні технології виробництва.

 

У NіMH акумуляторів є свої переваги та недоліки. До недоліків можна віднести, як уже згадувалося, обмежений термін служби (300 циклів "заряд-розряд"), підвищений саморозряд, присутність "ефекту пам'яті". Такий ефект часто виникає при порушеннях у експлуатації акумуляторів - перед зарядкою вони повинні періодично цілком розряджатися, інакше ємність буде знижуватися незалежно від кількості циклів "заряд-розряд" та часу зарядки. Крім того, не на користь працювали значні розміри і маса на одиницю енергоємності. Перевагами були низька ціна, морозовитривалість і більший, ніж у литій - іонних акумуляторів, термін служби.

 

Ці акумулятори необхідно піддавати початковому (після купівлі) і періодичному "тренуванню", сутність якого полягає у їх повному розряді та наступній зарядці, щоб уникнути появи "ефекту пам'яті".

 

Литій - іонні (Lі-іon) і літієво-полімерні (Lі-pol) акумулятори знайшли широке застосування в мобільній техніці, що обумовлено високою щільністю електричної енергії на одиницю маси, та, як наслідок, меншими в порівнянні з NіMH акумуляторами масою і габаритами. Вони не висувають якихось вимог до власного обслуговування і не володіють "ефектом пам'яті". Але є в них і негативні сторони: у багатьох випадках такі батареї можуть працювати тільки при позитивних температурах навколишнього середовища, вони досить дорогі та залежні від процесу старіння навіть тоді, коли не використовуються. Зменшення ємності починається приблизно після року служби, а термін їхнього життя розрахований приблизно на 200-300 циклів "заряд-розряд".

Тут необхідно відзначити, що все вищенаведене не викликає сумнівів лише теоретично і декларується виробниками як елементів живлення, так і батарей для мобільних пристроїв. Звичайно, у більшості випадків все це відповідає дійсності, але мають місце і виключення, обумовлені конструктивними особливостями акумуляторів. Справа в тім, що батареї ноутбуків складаються не з одного, а з групи послідовно з'єднаних елементів чи навіть блоків (іноді для збільшення ємності батареї кілька елементів живлення з'єднують паралельно, створюючи блоки, які у свою чергу з'єднують послідовно для досягнення необхідного для живлення пристрою напруги). Тут і приховується основна причина непрацездатності батареї живлення. Як би виробник не прагнув підібрати компоненти з цілком ідентичними характеристиками, зробити це практично неможливо. І якщо у нової батареї елементи за основними показниками (ємність, напруга, внутрішній опір) більш-менш однакові, то після року експлуатації розходження може доходити до 20%. Здавалося б, якісь 20%, нічого страшного. Нехай буде пристрій працювати від батареї не три години, а, скажімо, дві з половиною. Але справа не тільки в часі. Розходження характеристик призводить до значного погіршення роботи зарядного пристрою, особливо це критично для літієво-іонних елементів. Незважаючи на запевнення виробників ноутбуків про "інтелектуальність" їхніх зарядних пристроїв, основні вимоги до заряду елементів, обговорені в супровідній документації до акумуляторів, не відповідають дійсності, причому як у випадку з літієво-іонними, так і з нікель – метал - гідридними. Проблематика в тому, що для забезпечення нормального заряду кожний з елементів батареї необхідно заряджати окремо від інших. Але тоді, якщо батарея складається з дев'яти літій-іонних елементів, для її зарядки буде потрібно дев'ять дорогих інтелектуальних контролерів, що дозволяють визначити закінчення процесу по мізерному провалу зарядного струму, що на практиці призведе до істотного збільшення як вартості, так і розмірів ноутбука. Тому застосовується метод так званого послідовного заряду з контролем закінчення процесу по досягненні батареєю деякої напруги. Для літієво-іонних елементів цей параметр складає 4,2 В, відповідно для всієї батареї з трьох груп елементів напруга буде складати 4,2×3=12,6 В. Це цілком припустимо для елементів, ідентичних за характеристиками, що розрізняються на частки відсотка. Більш значне розходження призводить до того, що одні елементи не отримують достатнього заряду, тоді як в інших надлишковий заряд починає утилізуватися у вигляді тепла і підвищеного газоутворення.

 

Тут необхідно повернутися до розгляду будівлі літієво-іонної батареї. Її елементи є досить небезпечними в експлуатації (згадайте численні історії про вибухи і загоряння "сірих" молільників), тому будь-який акумулятор має кілька ступенів захисту. Найперший знаходиться в кожному циліндричному елементі і являє собою невелику увігнуту пластину, розташовану під плюсовим виводом. Ця пластинка покликана не допустити вибуху елемента при підвищеному тиску: у випадку "перезаряду" вона розмикає ланцюг, припиняючи подачу напруги. Незважаючи на те, що після цього тиск усередині елемента падає до нормальної величини, пластина в первинний стан не повертається. Теоретично такий елемент (а на думку виробників, і вся батарея ) підлягає заміні.

 

Другий захисний ланцюг встановлений у контролері батареї. Вона складається з мікропроцесора, що відслідковує рівень напруги на кожнім елементі (у деяких випадках контролюється лише загальна  напруга батареї) і електронного ключа, що розмикає ланцюг, якщо напруга заряду перевищить 4,2 В чи елемент напруги батареї виявиться менше 3,4 В (іноді цей показник може варіюватися). У принципі тут нічого фатального бути не може за винятком двох випадків. Перший - якщо напруга елементів впаде нижче оцінки 2,8 В (а таке буває при тривалому збереженні батареї без підзарядки). При цьому елементи відключаються, а зарядний пристрій ноутбука вважає, що батарея несправна. І другий - у випадку короткого замикання виводів (незважаючи на присутність у кожній батареї запобіжника) виходить з ладу ключ контролера, що також призводить до непрацездатності акумулятора.

 

Третій ланцюг захисту - ідентифікаційна мікропрограма, вбудована у ПЗУ контролера. Вона покликана визначати зарядним пристроєм тип і ємність елементів, а також запобігає використанню батареї сторонніх виробників.

 

Нікель – метал - гідридні  елементи значно простіші в експлуатації. Їх не лякає надмірний заряд, вони витримують тривале нагрівання без значного погіршення характеристик і не мають вбудованих в елемент засобів захисту. Проте внаслідок застосування зарядних пристроїв послідовного типу вихід з ладу виготовленої на їх основі батареї може відбутися навіть при цілком справних елементах. Як правило, цей дефект є наслідком роботи на ноутбуці, постійно підключеному до мережі перемінної напруги. Через те, що окремі елементи мають "ефект пам'яті" і досить великий розкид характеристик, зарядка відбувається нерівномірно. Тобто, коли одні елементи вже цілком заряджені, інші не досягли і половини від норми. У результаті напруга на заряджених елементах починає збільшуватися (для нікель-метал - гідридних вона складає 1,4 В), і контролер вважає, що процес завершений, що призводить до зменшення сумарної ємності батареї на 50% (закон Ома для послідовного ланцюга). Згодом  це явище підсилюється в геометричній прогресії, призводячи до повної непрацездатності акумулятора.

Починаємо практикум.

 

Якщо ви придбали ноутбук з несправною батареєю, перше, що потрібно зробити, це відшукати в Інтернеті інструкцію і ретельно її вивчити. Зрозуміло, що цього, як правило, ніхто не робить, а дарма. Часом там можна знайти все необхідне для відновлення акумулятора. Справа в тім, що більшість виробників ноутбуків включають до складу ПО утиліту для рекалібровки, чи "тренування" акумулятора, що дозволяє протягом 6-8 годин повернути йому колишню силу. Наприклад, у придбаному ноутбуці Fujіtsu-Sіemens Amіlo ця утиліта викликається при завантаженні системи натисканням клавіші F6. Будемо вважати, що нам пощастило, та після виклику цієї програми і шестигодинного чекання батарея стала як нова. Більш того, виробник рекомендує проводити таке "тренування" кожні півроку, а у випадку постійної роботи від мережі - раз на два місяці.

 

Якщо такої програми не передбачено та знайти її неможливо, прийдеться вдатися до "хірургії". Для цього необхідні "прямі" руки, а також деякий набір інструментів: тестер, паяльник потужністю не більш 40 Вт, макетний ніж, кілька автомобільних лампочок із припаяними до них проводами і суперклей на основі ціану-акрилату.

 

Для початку акумулятор прийдеться розібрати. Зробити це не так легко. Як правило, всі батареї мають нерозбірну конструкцію, що складається з двох частин, які склеєні між собою. Тому потрібно знайти шов і спробувати за допомогою макетного ножа обережно їх роз'єднати. Якщо не виходить, необхідно постукати батареєю об жорстку основу (наприклад, стіл), обережно намагаючись порушити суцільність батареї та все ж таки досягти бажаного. Якщо ж і це не допомогло, прийдеться акуратно розрізати шов за допомогою макетного ножа, намагаючись не зашкодити внутрішні компоненти.

 

Отже, акумулятор розібраний. Що робити далі? Це залежить від типу елементів, застосованих у батареї.

 

Перше, що потрібно зробити, це порахувати кількість елементів. Отримане число необхідно помножити на 1,2. Результат і буде складати номінальну напругу батареї у вольтах. Далі беремо автомобільну лампочку потужністю 21 Вт і припаюємо її до крайніх виводів групи послідовно з'єднаних елементів. Тепер нам знадобиться тестер. Виставляємо межу виміру 20В и перевіряємо напругу на лампочці. Якщо вона відповідає номінальному значенню, а ноутбук не включається, причина несправності швидше за все в контролері батареї. Можна спробувати відремонтувати його самостійно (спершу треба від`єднати його від елементів), а можна звернутися до знайомого радіоаматора.

У випадку, якщо напруга нижче номіналу, переключаємо тестер на межу вимірів 2000 МВ і перевіряємо напругу на окремих елементах, позначаючи фломастером ті з них, напруга на який нижче 1,1 В (елементам краще надати номера, а величини напруг на них записати в таблицю). Далі необхідно провести "тренування" акумулятора. Для цього буде потрібно ще кілька лампочок із припаяними дротами, що прийдеться приєднати до кожного (це важливо!) елементу акумулятора . Приєднали? Тепер можна годин на десять залишити батарею і зайнятися чимось іншим. Чому так довго? Справа в тім, що нашим завданням є вирівнювання напруги на елементах, а зробити це можна, лише довівши його до 0 В. Хоча виробники і стверджують, що при повному розряді елемента він обов'язково вийде з ладу, на практиці такого не спостерігалося.

 

Після повного розряду елементів акумулятор необхідно зарядити. Слід зазначити, що якщо батарея розряджена цілком, штатний зарядний пристрій тут не допоможе, напругу прийдеться "підняти". Зробити це можна за допомогою блоку живлення ноутбука й автомобільної лампочки, підключеної послідовно до елементів акумулятора. Чекати повної зарядки батареї не обов'язково, досить підняти напругу до 1,1 В на елемент, після чого вже можливе використання штатного зарядного пристрою .

По закінченню циклу зарядки весь вищезгаданий процес треба повторювати ще два рази (як мінімум), після чого можна буде перевірити батарею безпосередньо в ноутбуці.

 

У випадку, якщо даний спосіб "тренування" батареї не призвів до позитивного результату, прийдеться змінювати елементи живлення. Причому відразу всі. Підібрати придатний за характеристиками не вийде, тому що для цього треба знайти аналогічну батарею, яка працювала стільки ж годин. У якості "донора" найкраще  використовувати побутові нікель - метал - гідридні  акумулятори виробництва компанії Sanyo ємністю 2100 ма/г. При непоганій якості виконання вони мають приємну ціну, що стає актуальним, якщо батарея вашого ноутбука містить десять і більше елементів живлення. Головне при такій заміні - ні в якому разі не використовувати паяльник для з'єднання елементів у послідовний ланцюжок. Краще прикласти більше зусиль і зробити контактні пластини, до яких можна буде припаяти з'єднуючі дроти. 

Як зазначено вище, ці акумулятори досить небезпечні в експлуатації, тому і ремонт батареї зажадає особливої обережності. Перед початком будь яких активних дій переконайтеся, що батарея цілком розряджена (якщо це можливо). Процес перевірки, в принципі, аналогічний процесу перевірки нікель - метал - гідридних акумуляторів, тобто точно так само припаюємо лампочку-навантаження до елементів і перевіряємо напругу. Відмінність полягає в тому, що на кожен елемент повинно приходитися від 3,7 до 4,1 В. Якщо лампочка світиться і напруга відповідає кількості елементів, помноженій на 3,7 (чи перевищує його), сміливо можна переходити до ремонту контролера. Якщо ж напруга значно нижча і ємність акумулятора суттєво відрізняється від первісної, прийдеться перевіряти кожен елемент окремо. Деяка складність полягає в наявності рівнобіжних блоків. Для діагностики їх необхідно роз'єднати, розрізавши посередині металеві сполучні смужки-містки (це можна зробити лише з одного торця - плюсового чи мінусового). Звичайно, перед початком подібної перевірки контролер батареї необхідно відпаяти. Відокремивши всі елементи один від одного, маємо можливість переходити безпосередньо до їх діагностики за допомогою лампочки-навантаження і тестера. Підключаємо лампочку до виводів тестера (а не елемента живлення) і починаємо міряти напругу на кожнім елементі. Вона повинна бути в межах 3,7-4,1 В. Якщо значення істотно нижче або дорівнює нулю - елемент несправний і потребує заміни. Звичайно, можна спробувати його відремонтувати, розрізавши  і відновивши захисну пластинку, але, на наш погляд, це недоцільно тому, що вартість нового елемента не перевищує 25-30 гривень.

Після проведення діагностики і виявлення несправних елементів ті що залишились необхідно розрядити (за допомогою лампочки) до напруги 3,2 В. Цю ж операцію прийдеться провести і з новими акумуляторами, що будуть встановлюватися в батарею. Дана процедура необхідна для того, щоб контролер почав заряджати батарею "з нуля", інакше згодом можуть виникнути проблеми з визначенням рівня заряду акумулятора.

 

Ще одна несправність, що багато коли виникає при експлуатації (а точніше, при її відсутності) літієво-іонних і літієво-полімерних акумуляторів - зменшення напруги елементів нижче рівня спрацьовування захисного контролера. При цьому батарея не заряджається, а напруга на її контактах дорівнює нулю. Подібний дефект усунути досить легко. Достатньо лише підключити через п’ятивольтову  лампочку до послідовного ланцюжка елементів, джерело живлення ноутбука і дочекатися зарядки батареї до напруги, що складає 3,4 В на один елемент. Після цього батарею можна збирати (от для цього і буде необхідним циан-акрилатний клей) і встановлювати в ноутбук для наступної зарядки.

 

До речі, акумулятор є не тільки в ноутбуці. Ще одним яскравим представником родини мобільних пристроїв, що періодично бідує в процедурі "омолодження", є кишеньковий комп'ютер. Причому якщо в ноутбуках ми лише намагаємося відновити втрачені якості, то за рахунок деяких не дуже складних маніпуляцій у КПК акумулятор часом вдається не тільки відремонтувати, але і змусити працювати в кілька разів довше.