Laptop baterije

Šta ima „unutra”? • Kako rade? • Kako da dugo traju? • Kako ih čuvati? • Istine i zablude

Punjive (akumulatorske) baterije ključan su deo svakog prenosnog (laptop/notebook, netbook) računara jer mu omogućavaju autonomiju – rad bez priključka na električnu mrežu i prenosivost. Akumulatorske baterije ujedno su i komponente koje su se mnogo sporije razvijale od svih drugih komponenti. Naime, kapacitet i ostali parametri jedne baterije ograničeni su fizičkim i hemijskim faktorima i u ovom trenutku dostigli su, praktično, svoj vrhunac. Zato se ubrzano traže alternativna rešenja, kao što su, recimo, gorivne ćelije.

Kada se radi o baterijskom napajanju prenosnih računara, u današnje vreme koriste se isključivo litijum-jonske ćelije. One su se pokazale kao najpraktičnije i najekonomičnije, jer imaju najveću tzv. gustinu energije (odnos mase i kapaciteta). Jednostavnije rečeno, za isti kapacitet, ove baterije su najlakše i najmanje. Nije zanemarljiv ni aspekt očuvanja životne okoline, jer se ovaj tip baterija pravi od materijala koji nisu (toliko) štetni. Doduše, litijum, kao alkalni metal, veoma burno reaguje s vodom, ali ne pravi ni blizu tako otrovna jedinjenja kao kadmijum ili olovo.

Prvu litijum-jonsku bateriju napravila je 1991. godine firma Sony, a dve godine kasnije firma Toshiba prva je upotrebila ovaj tip baterija za napajanje laptop računara.

Kao sve baterije, i litijum-jonske baterije se sastoje od dve elektrode i elektrolita u koji su uronjene. Negativna elektroda (katoda) najčešće se pravi od grafita. Pozitivna elektroda (anoda) pravi se najčešće od oksida litijuma i kobalta ili oksida litijuma i mangana (tzv. spinel). Što se tiče elektrolita, kod klasičnih valjkastih Li-ion baterija koriste se litijumove soli rastvorene u organskom rastvaraču, jer zbog burnog reagovanja litijuma i vode ne sme da se koristi vodeni rastvor. Zbog potrebe za elementima drugačijih oblika razvijene su i tzv. litijum-jon-polimer baterije, kod kojih je elektrolit u čvrstom (tačnije, želatinoznom) stanju.

Karakteristike Li-ion baterija

Kada se upoređuju razni tipovi punjivih baterija, posmatra se nekoliko bitnih parametara. Kao prvo, radni napon po ćeliji iznosi 3,6 volti (u nekim slučajevima uzima se 3,7 volti), što je znatno više nego kod ostalih tipova baterija. Za razliku od baterija zasnovanih na niklu, Li-ion baterije ne zahtevaju potpuno pražnjenje i punjenje radi suzbijanja štetnog memorijskog efekta (ako se baterija više puta ne isprazni do kraja, posle neće ni da se napuni do kraja).

Ono što predstavlja slabu tačku ovog tipa baterija jeste njihova osetljivost na toplotu. Naime, pri preteranom zagrevanju (što se može desiti i pri radu na laptop računaru leti, odnosno u uslovima lošeg hlađenja) dešava se oksidacija pojedinih elemenata baterijskih ćelija, što može znatno da smanji vek baterije. Slične hemijske promene dešavaju se ako se baterija često prazni do kraja. Zato se preporučuje da se baterija manje prazni i češće puni, da se vadi iz računara kad ovaj duže vremena treba da radi na struju iz ispravljača i da se baterije čuvaju na hladnom mestu (u frižideru, ali ne u frizu), i to ne pune već ispražnjene na 40% kapaciteta. To je nešto što najverovatnije nećete pročitati u uputstvu proizvođača laptopa.

Ono što ćete, nažalost, ponekad pročitati, čak će vam i prodavci preporučiti, jeste da „bateriju obavezno treba formirati potpunim punjenjem i pražnjenjem bar tri puta”. To je potpuno netačno. Kako litijum-jonske baterije ne pate od memorijskog efekta, nema potrebe ni za kakvim formiranjem. Potrebno je, međutim, s vremena na vreme kalibrisati elektroniku koja se nalazi u baterijskom pakovanju, o čemu će kasnije biti više reči. Novu bateriju, dakle, dovoljno je jednom do kraja isprazniti i do kraja napuniti radi pomenute kalibracije i to je sve.

Ako se pravilno koristi, tipična baterija za prenosni računar potrajaće oko dve godine ili 300–500 ciklusa punjenja i pražnjenja, pri čemu se kao jedan potpun ciklus računa zbir delimičnih ciklusa (na primer, dva pražnjenja na 50 odsto kapaciteta i dva punjenja čine jedan pun ciklus).

Pakovanje

Redno-paralelna veza. Redna veza povećava napon, paralelna veza povećava kapacitet

Do sada smo se bavili baterijskim ćelijama posebno, a sada da vidimo kako se te ćelije grupišu u zajedničko pakovanje radi napajanja računara. Prenosni računari najčešće se napajaju naponom od oko 7 volti ili oko 11 volti. Kako jedan Li-ion elemenat ima radni napon (napon pri priključenom potrošaču) od 3,6 ili 3,7 volti, to znači da se moraju koristiti dva ili tri ovakva elementa vezana redno da bi se dobio napon od 7,4 V ili 11,1 V. (Uzgred, zašto se kod pakovanja za napajanje laptopa uzima veći radni napon? Zato što je taj napon ionako promenljiva veličina, pa se usvaja neka prosečna vrednost. A tri elementa od po 3,7 volti daju 11,1 volt, što je lepši i zgodniji broj nego 10,8...)

Za neke laptop računare postoji više kompatibilnih modela baterijskih pakovanja raznih kapaciteta. Na primer, računar se isporučuje sa osnovnim pakovanjem koje sadrži tri ćelije u seriji (3-cell) i kapacitet mu je 2200 mAh (miliamper-časova). Međutim, baterija se može zameniti i „jačom” kapaciteta 4400 mAh, kod koje su paralelno vezane dve grane sa po tri redno vezane ćelije (6-cell). Za neke modele notebookova postoje i baterije trostruko većeg kapaciteta (9-cell) koje su glomaznije, pa se prave tako da vire izvan kućišta računara i računar stoji nagnuto (što je ponekad i zgodnije za kucanje i rad).

Punjenje i pražnjenje

Već smo pomenuli neke od osobina litijum-jonskih baterija i rekli smo da su one osetljive na preterano zagrevanje i da im ono skraćuje vek. Postoje i druge stvari o kojima kod ovog tipa baterija treba voditi računa. Kao prvo, punjenje se mora vršiti po tačno određenoj proceduri koja se sastoji iz dva koraka. Prvi korak je punjenje pri konstantnoj struji 0,8 C, pri čemu je C veličina brojno jednaka kapacitetu ćelije (recimo, ako ćelija ima kapacitet od jednog amperčasa, C je jedan amper), pri čemu napon konstantno raste. Kada se dostigne napon od 4,2 volta po ćeliji, prelazi se na drugi korak – punjenje pri konstantnom naponu, pri čemu struja punjenja polako opada. Kada struja padne na određeni nivo (obično na manje od tri odsto od vrednosti u prvom koraku) smatra se da je punjenje završeno. Šta se dešava ako se sa punjenjem pretera? Ako ne bi postojale neke mere zaštite, započela bi burna reakcija uz oslobađanje kiseonika i opasnost od pregrevanja i požara!

Kako stvari stoje s pražnjenjem? Smatra se da je baterija ispražnjena do kraja kad napon po ćeliji u praznom hodu (bez potrošača) padne na oko 3 volta. Kada je baterija u pogonu (napaja računar, dakle potrošač je priključen) malo je teže odrediti granični napon. Baterija, naime, nije idealan izvor napona već ima i izvesnu unutrašnju otpornost, zbog čega je radni napon uvek manji od napona u praznom hodu. Preterano pražnjenje izaziva stvaranje metalnih mostića između elektroda, što može da bude isto toliko opasno kao i preterano punjenje. Zato se u bateriju mora ugraditi elektronsko kolo koje prati stanje i signalizira računaru u kolikoj je meri baterija ispražnjena. Iako se to kolo kalibriše u fabrici, dešava se da se tokom više ciklusa punjenja i pražnjenja pod različitim uslovima upotrebe (opterećenje, temperatura, početno stanje) raskalibriše pa kompjuter, recimo, počinje da se isključuje pre vremena. Kod nekih modela baterija u ređim slučajevima, zbog kvara ili pri ekstremnim uslovima (najčešće pri visokim temperaturama), dešava se i to da se baterija isprazni ispod nekog apsolutnog minimuma koji je odredio proizvođač (recimo 2,9 V po ćeliji), pa ugrađeni osigurač prekine električno kolo i baterija mora da se resetuje u servisu, a ponekad više i ne može da se spase.

Problemi s kalibracijom mogu se preduprediti veoma jednostavno – dovoljno je na svakih tridesetak punih ciklusa punjenja i pražnjenja jednom pustiti da se baterija isprazni do kraja i potom je napuniti do kraja. Ako je neko imao analogni džojstik, sigurno će se setiti sličnog principa kalibracije kod koje je potrebno s vremena na vreme palicu gurnuti do kraja u sva četiri smera.

Šematski prikaz SMBus elektronike

Tipična zaštitna i kontrolna elektronika kakva se ugrađuje u litijum-jonsko baterijsko pakovanje za laptope prikazana je na priloženoj slici. U pitanju je takozvana SMBus tehnologija koja sadrži elemente za merenje napona, senzor za merenje temperature, zaštitno kolo koje ne dozvoljava preterano pražnjenje baterije i kolo za serijsku komunikaciju s računarom putem Data kontakata. Da bi sinhrona komunikacija bila moguća, putem posebnog priključka elektronici se dovode takt impulsi (Clock) iz računara. Na taj način punjač ugrađen u laptop uvek tačno zna stanje baterije, a operativni sistem je u mogućnosti da procentualno prikaže koliko je baterija ispražnjena.

Kako da potraje što duže

Pokušaćemo sada da sve ovo što smo rekli sistematizujemo u obliku nekoliko saveta, koji će vam pomoći da iz baterije izvučete maksimum, a da vam ona pri tom potraje što duže.

• Litijum-jonskim baterijama nije potrebno formiranje. Novu bateriju dovoljno je jednom do kraja isprazniti i napuniti do kraja, čime se inicijalizuje ugrađena elektronika.

• Potpuno pražnjenje i punjenje ponovite na svakih nekoliko meseci korišćenja ili otprilike na svakih 30 potpunih ciklusa punjenja i pražnjenja radi ponovne kalibracije elektronike koja prikazuje preostali kapacitet. U suprotnom može doći do toga da operativni sistem dobija netačne podatke, tako da potpuno pogrešno prikazuje ispražnjenost baterije.

• Izbegavajte pražnjenje baterije do kraja jer joj to skraćuje vek. Litijum-jonske baterije mnogo bolje podnose više delimičnih punjenja i pražnjenja nego jedno potpuno.

• Baterije nikad ne držite na vrućim mestima, na suncu, u vrućem automobilu i slično. Ako bateriju ne koristite, najbolje je da je čuvate na hladnom mestu (recimo u frižideru, ali ne u frizu ili zamrzivaču), ispražnjenu na 40 odsto kapaciteta. Nipošto ne bacajte bateriju u vatru jer može doći do eksplozije.

• Ako duže vremena napajate računar iz ispravljača, naročito kad su velike vrućine, bilo bi dobro da izvadite bateriju da se ne bi grejala. (S druge strane, ako ste u kraju gde često nestaje struje, baterija u laptopu može da vam spase podatke jer je to isto kao da imate UPS. Sami procenite šta vam se više isplati.) Takođe, pri napajanju računara iz baterije trudite se da računar postavite tako da ne ometate protok vazduha za hlađenje.

• Održavajte kontakte na bateriji i na kompjuteru čistim. Loš kontakt na pozitivnom i negativnom terminalu izazvaće preterano zagrevanje. Ako se to desi na pomoćnim priključcima, kompjuter može da dobije pogrešne podatke o stanju baterije, što će izazvati pogrešan prikaz preostalog kapaciteta, nepotpuno pražnjenje i punjenje i druge neželjene efekte.

Vojislav MIHAILOVIĆ