Wie werden Laptopbatterien gewartet?

Die meisten Laptopbatterien sind 'smart/intelligent', d.h. es besteht eine Kommunikation zwischen der Batterie und dem Benutzer. Die Bezeichnung 'smart/intelligent' ist verschieden, je nach Hersteller und Vorschriften. Einige Hersteller bezeichnen eine Batterie als 'smart/intelligent', wenn auch nur ein einfacher Chip das Ladegerät mit den richten Ladeinstellungen versieht. Das Forum für intelligente Batterien (Smart Battery System SBS) erklärt, dass eine 'smart/intelligente' Batterie den Ladezustand (SoC) angeben muss.

Es gibt zwei verschiedene Systeme von 'smart/intelligenten' Batterien: Das Eindrahtsystem, das bei hochqualitativen Kameras und bei gewissen Funkgeräten zur Anwendung gelangt, und das Zweidrahtsystem, das vorwiegend bei Laptops angewendet wird. Das Zweidrahtsystem ist normalerweise als SMBus (System Management Bus) konfiguriert. Das dieses System allgemein in Laptops angewendet wird, werden wir uns speziell mit diesem System beschäftigen. Figur 1 zeigt das Prinzipschema.

Figur 1: Zwei-Draht SMBus System Der SMBus besteht aus einem Zweidrahtsystem mit einem Standardkommunikationsprotokoll. Das System verwendet seinerseits standardisierte Messungen von Ladezustand und 'Gesundheitszustand'.

Batterieanschlüsse

Der SMBus hat fünf oder mehr Verbindungen zur Batterie, bestehend aus positiven und negativen Batteriekontakten, Thermistor, Takt und Daten. Die Anschlüsse sind meistens nicht bezeichnet, und der Versuch, eine solche Batterie zu testen, ist schwierig.

Figur 2: Verbindungen einer typischen Laptop-Batterie Die positiven und negativen Anschlüsse sind meistens aussen angeordnet; es besteht jedoch keine Norm für die Anordnung der Kontakte

Der positive und negative Batterieanschluss sind meistens aussen am Stecker angeordnet. Die inneren Kontakte werden verwendet für den Takt (Clock) und die Daten. (In einem Eindrahtsystem sind Takt und Daten kombiniert). Aus Sicherheitsgründen befindet sich der Temperaturfühler (Thermistor) separat auf der Seite des Steckers. Dadurch wird ein Schutz gegen zu hohe Temperaturen gewährleistet, auch wenn die digitale Datenübertragung ausfallen sollte.

Einige Batterien enthalten einen Schalter, welcher normalerweise offen ist. In diesem Fall ist keine Spannung vorhanden. Das Schliessen dieses Kontaktes gegen Masse schaltet die Batterie ein. Wenn dies nicht funktioniert, wird ein spezieller Code benötigt, um die Batterie zu aktivieren. Wie finde ich die richtigen Kontakte? Zu Beginn wird mit einem Voltmeter der positive und negative Kontakt bestimmt. Die Polarität muss abgeklärt werden. Falls keine Spannung vorhanden ist, muss der Schalter gefunden werden, um die Batterie zu aktivieren. Mit dem Anschluss des Voltmeters an den äusseren Kontakten, verbinden sie einen 100 Ohm Widerstand (andere Werte können auch funktionieren) auf der einen Seite mit der Masse, und berühren sie mit der anderen Seite jeden Kontakt, wobei sie das Voltmeter beobachten. Wenn keine Spannung angezeigt wird, ist entweder die Batterie tot, oder sie muss mit einem digitalen Code aktiviert werden. Der Widerstand schützt die Batterie vor einem eventuellen elektrischen Kurzschluss.

Wenn die Verbindung zu den Batteriekontakten erfolgt ist, sollte das Aufladen möglich sein. Wenn der Ladestrom nach 30 Sekunden stoppt, ist eine Aktivierung per Code notwendig. Das Erhalten dieses Codes ist oft schwierig, wenn nicht unmöglich.

Einige Batteriehersteller fügen einen 'Batterie-Lebensende'-Schalter hinzu. Die Batterie wird damit definitiv ausgeschaltet nach Erreichen eines vorbestimmten Alters, einer vorbestimmten Anzahl Ladezyklen oder einer vorbestimmten Minimalkapazität. Die Hersteller erklären, dass die Zufriedenheit des Kunden und die Sicherheit nur garantiert werden können, wenn Batterien regelmässig ersetzt werden. Diese Strategie tendiert dazu, dem Hersteller mehr zu dienen als dem Benutzer. Neuere Batterien haben diese Einrichtung normalerweise nicht.

Es wird empfohlen, einen Temperaturfühler (Thermistor) während der Ladung und Entladung zu verwenden, um die Batterie vor Überhitzung zu schützen. Der Thermistor kann mit einem Ohmmeter gemessen werden. Die am häufigsten angewendeten Thermistoren haben 10 kOhm NTC oder 10 kOhm bei 20°C. NTC steht für negativen Temperaturkoeffizienten, d.h. der Widerstand sinkt bei steigender Temperatur. Bei einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) steigt der Widerstandswert. Das Aufwären der Batterie mit der Hand sollte genügen, um eine schwache Veränderung des Widerstandswertes feststellen zu können.

Ein SMBus enthält permanente und zeitweilige Datenübertragungen. Die permanenten Daten werden bei der Herstellung in die Batterie programmiert und enthalten eine Batterie-Identifikationsnummer (ID), den Batterietyp, die Serienummer, den Hersteller und das Herstellungsdatum. Die zeitweiligen Daten werden während der Benutzung gewonnen und beinhalten die Anzahl Zyklen, Benutzerdaten und Wartungsanforderungen. Ein Teil dieser Informationen wird im Laufe des Batterielebens erneuert.

Reparatur einer 'smart/intelligenten' Batterie

Laptopbatterien können repariert werden, aber die Arbeit ist oft sehr zeitraubend. Die Erfolgsrate variiert mit dem Batterietyp. Man muss sich erinnern, dass 'smart/intelligente' Batterien aus zwei Teilen bestehen: die chemischen Batteriezellen und die digitale Schaltung. In gewissen Fällen kann die chemische Batterie voll regeneriert werden, aber die Inhaltsanzeige kann unzuverlässig bleiben oder die Daten sind defekt.

Jeder, der versucht, eine SMBus-Batterie zu reparieren, muss mit Schwierigkeiten rechnen. Anders als andere, klar definierte Standards, erlaubt der SMBus gewisse Variationen. Das kann Probleme geben mit bestehenden Ladegeräten und die SMBus-Batterie muss vor dem Einsatz geprüft werden, betreffs der Kompatibilität. Mehr Informationen sind erhältlich auf www.sbs-forum.org und www.acpi.info

Wenn die Zellen schwächer werden, macht die Ersetzung auch wirtschaftlich Sinn. Während Zellen auf Nickelbasis leicht erhältlich sind, werden Lithium-Ion-Zellen auf dem Konsumgütermarkt nicht verkauft. Diese Vorsichtsmassnahme ist verständlich, wenn man bedenkt, dass Explosions- und Feuergefahr besteht, wenn die Zellen unsachgemäss zusammen gebaut werden. Die Zellen einer Batterie müssen immer durch Zellen derselben Chemie ersetzt werden.

Während dem Austausch der Zellen, muss die Schaltung einer 'intelligenten (smart)' Batterie durch Anlegen der Speisespannung aktiv gehalten werden. Ein Abschalten der Schaltung, auch nur während Sekundenbruchteilen, kann das Löschen von vitalen Daten zur Folge haben, was die Schaltung unbrauchbar macht. Um eine ununterbrochene Speisung der Schaltung sicher zu stellen, während die Zellen ersetzt werden, muss vor dem Entfernen der Zellen eine sekundäre Spannungsquelle über einen 100 Ohm Widerstand angeschlossen werden. Diese sekundäre Spannungsquelle darf erst entfernt werden, wenn die neuen Zellen mit der Schaltung verbunden sind.

Die offene Klemmenspannung der Ersatzzellen soll innerhalb einer Toleranz von 10% von den anderen Zellen liegen. Das Verlöten der Zellen ist der einzige Weg, eine zuverlässige Funktion zu erhalten. Es muss jedoch Sorge getragen werden, dass die beim Löten entstehende Hitze nur minimal auf die Zellen übertragen werden. Übermässige Erhitzung kann die Zellen beschädigen.

Während der Lagerung kann jede Zelle wegen unterschiedlicher Selbstentladung einen abweichenden Ladezustand aufweisen. Dies ist speziell der Fall bei Zellen auf Nickelbasis. Um sicher zu stellen, dass alle Zellen korrekt aufgeladen werden, ohne dass gewisse Zellen überladen werden, führt man zuerst eine 14 stündige Schwebeladung (Trickle Charge) der neu reparierten Batterie durch. Dann wird die Batterie entladen und normal aufgeladen. Ein solcher Zyklus ist auch nötig, wenn die Schaltung der Ladezustandsanzeige der Batterie zurückgesetzt wird. Lithium-Ion akzeptiert eine Normalladung in ca. 3 Stunden. Die Wartung sollte ebenfalls eine Eichung der Batterie beinhalten. (Siehe auch "Die Wahl der richtigen Batterie für tragbare Computer", 2. Teil).