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续航时间不够?充电时间太久?先搞明白手机电池的原理吧!

智趣狗 电脑爱好者 2018-05-14 09:16产品 88pt88大奖在线娱乐:手机电池 续航

对智能手机而言,影响续航的因素有很多,比如电池容量(越大续航越久)、充电功率(越高充电越快)、硬件(如处理器)耗电、系统省电优化等等。其中,电池容量,或者说电池结构和充放电原理,则是一切的基石所在。

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智能手机的电池结构

如今数码产品内置的都是“锂电池”,其内部主要是由含锂化合物的正极材料(如今锂电池的正极材料多为钴酸锂、锰酸锂、三元材料(镍钴锰酸锂)和磷酸铁锂)、电解质、隔离膜、负极材料(石墨)和外壳五个部分组成。

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其中,正极和负极材料都被嵌入到电解质中,而隔离膜则处于正负极之间,是避免它们直接接触导致短路发热进而引起燃烧爆炸的“防火墙”。

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锂电池无论是充电还是放电,其实都是锂离子在电池的正极与负极之间移动,并将电能和化学能相互转换的过程。

在充电时,正极材料分子中的锂元素会被分离出来,变成一个带有正电荷的锂离子(Li)。在外加电场的作用力下,这个锂离子会穿越电解质和隔离膜,到达终点负极后会与其中的碳原子发生化学反应生成LiC6,并稳定地嵌入到负极的石墨层状结构当中,最终实现存储能量的过程。在放电时,锂离子在化学反应的作用下会从负极重新移动回正极,这个过程会形成电流从而为数码产品供电。

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锂离子在从正极到负极之间“旅行”时,单位时间内可从正极分离出来的锂离子越多,意味着这块电池可以存储的电量也就越大。如今智能手机都想在保持性感身材的同时塞进更大容量的电池,就只能通过增加正极材料和改进正极材料来提升“能量密度”这个参数了。

锂聚合物电池一统江湖

锂电池根据内部电解质形态的不同,又可细分为“锂离子电池”(Li-ion)和“锂聚合物电池”(Li-poly)。其中,当电解质为液体时就是“锂离子电池”,它需要使用金属外壳密封包裹防止漏液,所以质地较硬,18650电芯就是“锂离子电池”的典型形态。“锂离子电池”的优势是成本低,但缺点则是极端情况下存在爆炸的风险。

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当电解质为固态或凝胶态时则是“锂聚合物电池”,这种形态的电池可以用软膜包裹,可以做成扁平甚至L型的样式,在极端情况下以燃烧为主,安全风险相对要好一些。目前智能手机和轻薄型笔记本都已过渡到“锂聚合物电池”时代。

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需要注意的是,通过Android版的AIDI64等软件可以查看手机电池技术是Li-poly还是Li-ion,但从众多网友的拆解和反馈来看,很多显示Li-ion手机型号的电池其实仍然是锂聚合物电池,所以我们不必在这个方面纠结。

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新手机电池需要激活吗

这是一个老生常谈的话题,在功能机时代部分手机还在使用镍镉充电电池,由于其出厂时没有完全激活,才需要用户购买新机后首次使用前充满12个小时来防止记忆效应。然而,如今的智能手机早已过渡到锂电池时代,内部具备完整的控制IC和电路,不存在所谓的“激活”说法,首次使用充满后随时都可拔下。

充电过程中的三种状态

锂电池在充电时会遵循“P=IU”(功率=电流×电压)的物理公式,它将电能转换为化学能的充电速度,最终就反映在充电功率这个参数上。

理论上讲,提升电流和电压都能增加电池的充电功率,但考虑到锂电池自身的安全特性,避免因欠压或过压而导致电池损伤或爆燃,每一款手机体内必然会配备完善的电源电路,其中尤以充电控制芯片和电源控制芯片最为重要。

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其中,电源控制芯片主要负责对电池进行充电,并实时检测充电和电池当前的电压值;充电控制芯片用于保护电池过放电、过压、过充、过温,从而有效地保护电池寿命和使用者的安全。

在实际应用中手机厂商们通常会设定三种不同的充电状态:“恒定电流预充电”(Constant Current Pre-charge Mode)、“恒流调节模式”(Constant Current Regulation Mode)和恒定电压充电(Constant Voltage Regulation Mode)。

其中,“恒定电流预充电”应该是最容易被我们忽略的状态,所以在这里小编就先简单介绍一下:很多手机在长时间不用时,即使连接充电器也无法开机,很容易让人产生一种“手机不会坏了吧?”的疑虑。

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原因很简单,手机内置锂电池的电压也会随电池容量的减少而降低。当电池电量完全消耗到0%时,其电池电压往往会降到3V以内。此时连接充电器,手机内部电源转换器所产生的电压还不足以满足微处理器触发电源、复位、13MHz时钟信号等开机条件,需要“恒定电流预充电”以较小的恒定电流(普遍为设定电流的1/10)对锂电池进行充电,使其慢慢恢复活性(将电池电压提升到某个阈值,如高于3V)才能触发开机操作。

捕获

*电池百分比和电压对应关系是可自定义的,本表只是为了便于大家理解,数据仅供参考

开机后,电源控制芯片就会尝试与充电器进行“握手协议”(不同的快充标准都有自己的一套  兼容标准),进入“恒流调节模式”状态,并在条件允许的情况下加大电压和电流的输入缩短充电时间。当电池电量达到某个阈值时(通常在80%到90%之间)则会触发温柔的“恒定电流预充电”状态,也就是我们所谓的“涓流充电”(设定电流的1/10),直到电流低于某个临界值,此时手机才会显示已充满全部电力。

正确的“充电姿势”

小编不建议大家边充电边玩手机。因为当手机连接充电器时,电源电路会自动将电池切换到充电状态并停止放电,此时手机运行时所消耗的电量都是充电器端提供的。如果手机所支持的充电功率较低,在玩大型游戏时很可能出现“充不进去电”甚至“电池越充电量越低”的尴尬。

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同时,充电时会显著增加发热量,容易触发处理器的降频机制,导致游戏出现卡顿而影响体验,在一些极端情况下甚至会威胁到人身财产安全,而电池寿命的最大元凶也就是高温,如果你不希望自己的手机刚买半年电池就出现了30%以上的耗损,就需要改变充电玩手机的坏习惯了。