Rozbor - batérie z notebookov

Dostal som pár starších batérií z notebookov na rozobranie. Jedna ASUS A32-Z94 (11.1V, 4400mAh), druhá Sony VGP-BPS22 (11.1V, 3500mAh, 39Wh.

Notebookové batérie ASUS A32-Z94, Sony VGP-BPS22

Jednu som už predtým rozoberal z nejakého HP, vedel som zhruba čo očakávať, no chcel som ich navzájom porovnať. 

Sony šla rozobrať ľahko a jej dva plastové kryty sa po zapáčení priam vycvakli. Vo vnútri sa nachádza 6 lítiových článkov rozmeru 18650. Ide o modré Samsung SDI ICR18650-20F (katalóg 2000mAh, 4A). Stav článkov: 3,0V 3,0V 2,8V 2,7V 2,9V. Posledný som si nezapísal, myslím však že mal 0V.

Ako štandardne, ide o tri sériovo zapojené skupiny dvoch paralelných článkov. Zvyčajne ak prvý "odíde" klesne prudko kapacita batérie. Ak "odíde" druhý, najviac zaťažovaný, batéria je na vyhodenie.

Batéria Sony, šla otvoriť ľahko

Acer batéria bola zaliata riadne, plasty som musel postupne vylámať. Ak nechce povoliť v bode zvaru, skúšam najskôr odlepiť rozmernú čiernu nálepku s nápisom.

Vo vnútri je klasické usporiadanie, zelené články sú typu Samsung SDI ICR18650-22E (katalóg, 2200mAh, 4.4A). Stav som nemeral.

Batéria ASUS po výdatnom lámaní plastov

Z minulých batérií notebookov som vytiahol ešte články:
ružové LGDB318650 I1614604375  (2600mAh link)
zelené CGR18650AF MH12210  (katalóg, 2050mAh, 3,9A)

Riadiace a ochranné obvody

Každá batéria notebooku obsahuje plošný spoj pre riadenie nabíjania, vybíjania a ochranné obvody. Okrem 1-2 obvodov obsahujú snímacie rezistory pre prúd (bočník). Ďalej tu je zvyčajne jeden termistor pre snímanie teploty článkov, mosfet tranzistory pre pripojenie/odpojenie batérie v prípade preťaženia.

Samozrejme, batéria komunikuje s notebookom, vie mu oznámiť napríklad odhadovanú zostávajúcu kapacitu.

Riadiaci obvod batérií zhora: HP? Sony, Asus

Bližší pohľad na plošný spoj staršej HP? batérie 

Základ tvorí dvojica čipov bq2084dbt a bq29312 (bq29312 datasheet) od Texas Instruments. Bq29312 je ochranný obvod 2,3,4 sériových lítiových článkov. Obsahuje ochrany proti prebitiu, preťaženiu, skratu, nadpätiu, sníma termistor a napätie každého článku. Ochrany reagujú rozopínaním troch FET tranzistorov v sérií s článkami (kladný pól).  Sú tu použité dve púzdra TPC8114 (3mΩ, 18/72A, datasheet).

V sérií tiež na zapojenom bočníku sníma napätie (teda prúd). Nachádzajú sa tu paralelne zapojené dva výkonové rezistory 0,02Ω voči zápornému pólu.

Tento obvod bq29312 je cez i2c zbernicu ovládaný obvodom bq2084dbt, ktorý je "digitálnym" riadiacim obvodom. Tento komunikuje s počítačom cez SMBus.

Poistka 12AH3 SF [SC protector], ktorá slúži ako záložná prepäťová aj tepelná ochrana. Pri zvýšenom napätí batérie sa zopne FET tranzistor a začne hriať tepelnú poistku. Tá odpojí batériu od nabíjania. Poistka je zapojená v sérií a prehreje sa aj pri nadprúde. Ide o druhú, jednoduchšiu časť ochrany pre prípad zlyhania integrovaného obvodu s odpájaním FET tranzistorov. Lacná súčiastka tak podstatne zníži riziko požiaru alebo explózie.

Plošný spoj Asus batérie Z94 3S

Veľkú časť funkcionality tvorí obvod bq2060A, opäť od Texas Instruments - merač kapacity. Je zaujímavý svojou univerzálnosťou, kde vie napríklad spínať LED stupnicu (ukazovateľ nabitia) a podporuje NiCd, NiMh, LiPol, Pb batérie.

Podporuje komunikáciu cez SMBus, meranie teploty a rozopnutie ochranných FET tranzistorov. Použité sú tu až 4 kusy fet TPC8107 (5mΩ, 13/52A, datasheet). Ochranný obvod spínajúci FET tranzistory je tu neznámy mikroprocesor 8254AA kufgoo.

Ako bočník sú tu použité dva 0,05Ω rezistory. Je tu jeden termistor, klasický 10kΩ NTC.

Použitá je podobná tepelno prepäťová poistka je 12AH4. Zaujímavosťou je tu jednorázová axiálna tepelná poistka 37M UMI 139°C (datasheet), ktorá prehorí pri 139 stupňoch.

Plošný spoj Sony batérie

Tento plošný spoj obsahuje výrazne menej súčiastok ako predchádzajúce. Riadiaci obvod je tu použitý R2J24010F. Ide o nezdokumentovaný obvod od Renesas určený pre batérie (reklamný leták, blog). Obsahuje 16bit procesor, pamäť, meria prúd pomocou bočníka, 4 články a rozpína 2 mosfety.

Ako bočník je tu jeden veľký 0,01Ω rezistor "10MF U29N".

Ochranu zabezpečujú dva mosfet tranzistory neznámeho typu.

Tepelná prepäťová poistka je tu 12AH3 SF, rovnako ako u HP batérie.

Záver

Rozoberanie starých batérií získava na význame s ich rozširovaním vďaka čínskym obchodom s rôznymi nabíjačkami a powerbankami, ale hlavne pre ich používanie v elektronických cigaretách.
Dostanú sa tak ku mne aj veľmi výkonné články, tieto z notebookov zas pokladám za relatívne bezpečné a na kapacite neoklamané (hoci už staré).
Z plošných spojov sú zaujímavé vydolovať NTC termistory (pre vlastné projekty s meraním teplôt), možno ešte mosfety pre vysoký prúd pri nízkom napätí, bočníky a tepelné poistky.

Zaujímavá je tiež vedomosť, že v batérií pre jej obnovu v notebooku nestačí vymeniť články za nové, ale je potrebné nastaviť aj hodnoty v EEPROM pamäti riadiaceho obvodu, inak bude hlásiť pôvodnú (malú) kapacitu:

https://vyvoj.hw.cz/konstrukce-a-moznosti-renovace-modernich-akumulatoru
https://organicdesign.nz/Smart_battery
http://frantisek.rysanek.sweb.cz/battery.html