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无线充和快充是否会影响手机电池使用寿命?

工程师
2021-02-23 18:54:37    评分

近日,EDN小编看到有个网友说,由于自己是重度手机用户,因此他几年前买的iPhone 8 Plus在用了还不到三年后,就把电池给用废了。他并指出,苹果用户更换手机,大多是出于电池报废的缘故。于是,他换了新机iPhone 11 Pro Max,并在此后通过优化手机的充放电,并结合一款叫做coconutBattery的app进行监控,在使用一年后,发现手机的电池仍然很健康。

这里所谓优化的充放电,他指出有四点:1.隔夜充电时使用苹果原装有线充电器,而不使用无线充电和快速充电;2.使用iOS的“优化电池充电”功能对充电时间进行控制;3.如果白天需要充电,充电量不超过60%;4.长期不用手机时,确保电池电量在50%左右。

那么,在无线充和快充成为许多手机标配的今天,EDN就想和大家讨论下,这两种充电方式是否会对手机电池有害。

手机无线充电原理

我们首先从无线充电开始。先来看下无线充电的原理。

我们知道,无线充电主要有四种类型:电磁感应、磁场共振、无线电波和电场耦合。目前,大多数手机的无线充电都使用电磁感应方式。这种方式是通过让电源电流流过****线圈产生磁场,然后将手机的接收线圈靠近磁场产生电流而实现手机充电。电磁感应方式的效率比磁场共振更高,因此受到手机无线充电领域广泛使用。

2008年,随着无线充电联盟(WPC)的成立,电磁感应充电受到规范并开发出Qi标准,继而成为世界上分布最广、最受欢迎的无线充电标准。由于标准的统一,不同制造商所生产的无线充电产品只要符合Qi协议就可以通用。但它也存在缺点,那就是传输距离短和充电效率易受放置位置影响。

为什么很多人认为无线充电会影响电池寿命?

虽然无线充电让人们摆脱了数据线的束缚,可以随心所欲地充电,但可能也正是这点让有些人怀疑,频繁的充电和电源故障会造成手机电池寿命缩短。

换言之,使用有线充电的话,电池可以得到“休息”,而使用无线充电板充电则得不到休息。因此,使用无线充电,电池会更快地到达有限的循环次数,老化速度也就更快。但真的是这样吗?

这是一种误解。现在手机所使用的是锂电池,它不像镍氢电池那样有记忆效应,而是可以随用随充,而且这也有利于维持锂电池的活性——长期将电池深度放电(电量接近0%)或充得太满(接近100%)都对电池健康不利(注:电池的循环次数指的是循环周期,它是按电量从0%到100%算作一次,而不是指实际的充电次数)。

苹果此前也表示,在经过500个完整的充电周期后,iPhone的电池最多可以保留其初始容量的80%,而当电池容量不足80%时,功耗就会加速,性能也会受到影响。

无线充电对手机(电池)是好还是坏?

毋庸置疑,无线充电技术给我们的生活和工作带来便利,也不存在充电端口磨损的问题。但是,无线充电对我们的手机电池有益吗?

显然,无线充电更适合电池使用,而且实际上还可延长电池的使用寿命,但这取决于其使用方式以及为其充电的频率:

•与有线充电不同,无线充电可以全天使用。有线充电用户一般都是在电池电量为“红色”或低于20%时才会跑去充。电池电量低的情况,不仅对电池寿命有影响,还会让许多人经历“低电量焦虑症”。

•无线充电则一般是将充电器放在家里、汽车上、办公室和咖啡厅等地方。这样,当用户开车或去咖啡厅时,手机就可以进行充电(这就不一定是低电量状态)。而且,与完全充满电相比,将电池充电到50%左右更有利于电池的健康。

这里的50%做个解释,据EDN姐妹网站EE Times上Max Maxfield的一篇文章“Are Your Charging Habits Degrading Your Smartphone & Tablet?”所述,锂离子电池的寿命与放电深度(DoD)有关。100% DoD(放电深度)只能实现300到500个放电周期;50% DoD可实现1,200至1,500个放电周期;25% DoD可实现2,000至2,500个放电周期。从这里可以看出,长期将锂离子电池充到一半电量(50%),与充满电(100%)相比,其使用寿命明显更长——这是个4倍的关系。

简而言之,将电池充到满电状态会带来电压应力的影响,将电池电量耗尽则不利于电池的活性。这在“How to Prolong Lithium-based Batteries”一文中做出了详细论述,这里就不再细说了。

•最后,一旦电池充满电就会停止充电。电池充满后,Qi和AirFuel两种协议都会自动停止电池充电,因此不存在过度充电的情况。

手机电池怎么工作?过充和过放是否会发生?

现在的智能手机一般使用锂离子电池。它有两个电极(阴极和阳极),中间的电解质让锂离子可以在电极之间移动。充电时锂离子从正极移向负极,放电时则朝相反方向移动。

在充电过程中,电能转换为化学能,而在放电过程中则发生相反变化。

有专家指出,电池可存储的能量和用户可使用的能量由电池制造商所决定。它们会设定固定的上、下限电压,也即电池的循环范围是在这两个电压值之间。因此,只要电压范围选择恰当,那么电池的循环就可以达到数千次。这与充电器是无线还是有线类型没有关系。

因此,即使将手机长时间放在无线充电板上,也不会超过这个上限。同理,对电池放电也不会超过制造商所规定的下限。也即,用户无法对电池进行过度充电或过度放电。

况且,大多数手机制造商所设计的电池寿命是至少可持续使用两到三年,因此,对于换机频率较快的用户,无需过分担心电池老化问题。

充电周期数受什么影响?

不同的电池有不同的标准,但可以肯定的是,当充电周期超过一定数量以后,电池会发生老化。

如果想要放缓充电周期,最简单的方法是减少电量消耗。真正“偷”电的那些流氓应用(不断在后台发送数据),以及经常处在手机信号不好的地方(需要加大手机信号),这两种情况可能比用户的充电习惯对电池寿命造成的损害更大。

当然,电池的制造工艺(包括所用材料的质量)对其寿命起决定性作用。

快充会伤电池吗?

下面来看快充。

有人可能担心大电流充电可能危及安全,这可能也是认为快充会伤电池的原因。

常规充电器的输出为5至10W。快充最多可将其提高八倍。例如,iPhone 11 Pro和Pro Max配备18W快速充电器,Galaxy Note 10和Note 10 Plus标配25W充电器。另外三星还以50美元价格出售超高速45W充电器。

除非电池或充电器存在技术缺陷,否则使用快充不会对手机的电池造成长期损害。

原因是,快充电池分为两个阶段。第一阶段是向低电量电池施加高电压,从而在10、15或30分钟内将电池充电到50%到70%。在充电的第一阶段,电池可以快速吸收电荷,而不会对其长期健康产生重大不利影响。

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电池充电分为两个阶段:升压/恒流和恒压/降流。第一阶段适用于大电流快速充电。(绿色:先低电压充电至65%。黄色:恒压开始。红色:最后15%长时间高压充电。)(图片来源:Battery University)

例如,三星承诺其45W充电器可以在半小时内从零充电到70%。苹果表示,iPhone 11 Pro随附的快速充电器可以在30分钟内实现50%的充电。

充电的第二阶段是将最后20%或30%的电池电量充满,这个过程所需的时间似乎与前一个阶段相当,其原因是手机制造商必须将充电速度放慢,否则充电过程可能会损坏电池。

如果在手机内对整个充电过程进行妥善管理,则损坏就会罕见。这就是电池管理系统所做的工作,它会密切监视这两个充电阶段,并在第二阶段降低充电速度,从而使电池有时间吸收电荷而避免出现问题,这就是最后那几个百分点可能需要花10分钟充的原因。

三星Galaxy Note 7电池爆炸的原因是电池设计缺陷,而不是手机电池管理技术所造成。

发热才是罪魁祸首

电池性能下降受时间、温度和电压极限的影响。为了让电池储能增加,制造商在不断提高电压极限。

我们无法让时间停止,电压极限则是由制造商所设置,因此我们能做的就只有降低温度。

手机在无线充电时可能发热,这也是让人觉得无线充电会影响电池寿命的一个原因。如果将手机在带壳的情况下放到充电板上充电,或者没有将其正确放到充电板上,则有可能使它进一步发热。

大多数手机电池会因受热而损坏,因此,就需要确保充电器经过Qi认证。经过认证的设备表明它经过了严格测试,这有助于确保安全性、互操作性以及能效,因此有助于确保温度不会升得太高,而达到危险或破坏性水平。

如果希望将手机电池寿命尽可能延长,那么就应该注意温度。许多比较好的无线充电器都内置有风扇和冷却系统。但这个问题不仅限于无线充电,手机在使用有线充电时也会发热。

如果担心手机发热的话,那么就不要把它放到阳光直射的窗台上或热车里。在把手机插到电源充电时,也不要使用手机来玩图形密集型游戏。然后就是不要使用未经认证的无线充电板或有线充电器。

最终,这很大程度上取决于制造过程、手机制造商所选设置以及手机的使用方式,但是随着充电速度和电池容量的不断提高,电池寿命可能受到损害。因此,不推荐使用那些声称可以在1个小时内为锂离子电池充满电的所谓的超快充电器。

总结

在EDN看来,无线充和快充会影响手机电池使用寿命的看法属于子虚乌有。

要想延长手机电池的使用寿命,最重要的是避免手机发热或处于高温之下。将手机经常充电到50%~80%有利于电池健康,但对于充满电和隔夜充电的情况也不必太过担忧——现在的智能手机乃至无线充电设备都已足够智能,可以在手机充满电后立即停止向其传输电能。另外就是要避免山寨充电器的使用。

转帖自网络



院士
2021-03-22 17:53:33    评分
2楼

手机充电管理系统的作用不容忽视。


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