数码评测(16):浅谈闪充、快充对锂电池的利弊

王志勇 发表于 2020年10月06日 17:03

闪充、快充唯一的好处是缩短充电时间。充电倍率,使用的单位是C,它的计算公式是:电流÷容量=几C。这一两年有些厂家推出了几十瓦的闪充,那么对电池有没有伤害呢?

现在市面上能量密度、放电倍率很高的特斯拉21700锂电池,单节4800mAh,其标称的充电倍率最高为0.5C~1C充电,特斯拉锂电池的放电倍率标称最高3C,短时间最高5C。在它之前的高放电倍率的波士顿锂电池,充电倍率也是最高1C,放电倍率最高3C。能够达到这样的高倍率,是由于这些锂电池的内阻极小。

手机锂电池的性能,通常不会高于这些性能最高的21700、波士顿锂电池

几十瓦的闪充,是什么样的概念?

以波士顿锂电池为实验对象。波士顿锂电池的内阻在15mΩ~30mΩ,单节容量5300mAh,性能相当于18650电池的2倍多。手机锂电池的性能,大致相当于1~2节18650电池。

有一次我需要测量波士顿锂电池的电压,万用表忘了拨回到电压档,而是在电流测试档,我看到万用表上面总是显示数字10。

这个数字10,就是这个锂电池短路时的电流10A。此时,它的电压是3.8V左右。这个波士顿锂电池在3.8V时,电流能达到10A。估计在4.1V~4.2V时,在短时间内应该能达到标称的12A~14A,正好接近标称的3C放电。

12A的电流,功率是12×4.1=49.2瓦。也相当于12A÷5300mAh≈2.264C放电。但这个时候,温度会特别烫,如果一直这样烫,有可能会导致锂电池爆炸

幸运的是,波士顿锂电池在温度过高的时候,会断开里面的安全阀,此时这节电池会变成0电压,这个安全阀是无法修复的,所以等于是这节电池报废了,为了防止爆炸。厂家是这样设计的,非常灵敏,因为我几年前在串联使用中有过几节就是这样报废的(当时内阻不一致,亏电时,导致单节过烫,而自动断开安全阀)。

再回到标题的闪充,有的厂家标称是40W、甚至50W闪充。以现在几乎是最大容量的4000mAh手机锂电池为例,40W充电,以平均3.8V电压计算,4000mAh×3.8V=15.2Wh,40W÷15.2Wh≈2.631C充电。50W÷15.2Wh≈3.289C充电。

40W、50W闪充的充电倍率高达2.631C、和3.289C。这个功率已经超过了手机电池本身短路的功率。(网上的资料说,几十瓦闪充的原理是在前期用远高于4.2V的电压,当锂电池温度高时,充电功率会降低。)

业内的锂电池充电倍率最高一般不超过1C。所以这些标称40W、50W的闪充,有可能是在短时间有这样大的功率,但是大部分时间可能是在1C以下充电。

如果不用闪充,那么用2A的快充充电头好吗?
2A÷4000mAh=0.5C充电。充电倍率有些高于公认的0.37C以下充电,对电池可能会有一定的伤害。

4000mAh的电池,如果用1A的充电头,虽然充电速度变慢了,但是对电池的损害大为降低,1A÷4000mAh=0.25C充电,大约2小时即可充到90%~95%。

(附:题外话,手机主板上的防过放电压,一般设定为3.6几V,到这个电压时会关机。而锂电池的安全过放电压,一般在3.2*V左右。所以,一般不用太担心手机锂电池会过放。

锂电池没有记忆效应,不像镍氢电池时代。锂电池喜欢浅充浅放,怕过放过放、怕满电长期存放。)

浅充浅放可延长锂电池使用寿命。它的含义是并不需要充满到4.2V,而充到90%、95%左右,反而对电池有好处,大约可延长1倍以上的寿命。

所以平时使用低倍率充电时,可以大致计算充电时间,而不必等到跳灯再拔电源。比如4000mAh的电池,使用1A充电头,大约2个小时即可从3.7V的时候充到90%~95%,这时候是可以断开电源的。

如果不断开电源,这时候是处于涓流状态,后期那不到10%的电可能需要继续充2~3个小时才能达到4.2V。

笔记本电脑锂电池寿命短的原因
更多的原因主要是因为长期满电,因为一直插着电源。厂家应该设计一个开关,能让用户在插电源使用时,屏蔽锂电池。

数码相机和小容量手机锂电池衰减快的原因
容量越小的电池,可能衰减会更快一些,这是我这些年的一些体验。原因可能是出在了这些小容量电池的充电器都是500mA或以上的电流,充电倍率过大造成的
例如,用500mA的电流,1300mAh的原装电池,衰减到900mAh,充电倍率为500/900≈0.556C。
700mAh的电池,充电倍率为500/700≈0.714C。
350mAh的电池,充电倍率为500/350≈1.4386C。
这样,每一次充电都是在对电池造成损坏,这也是为什么数码相机的电池不太耐用。解决的办法是,充电倍率最大不超过0.37C,最好在0.1C~0.2C左右,小容量电池使用限流为100mA~300mA的5V电源。

总结:快充的方案
现在都普遍使用2A快充,现在新出的手机原厂就是配的2A充电头。无论锂电池的材质有多好,大电流充都会造成更多的损耗。使用2A大电流充,倒不如使用1A充电头+2~3小时后拔电源,这2者的充电时间是一样的,但是1A的电流对电池的损耗少得多。

给4000mAh的电池充电,1A的充电头,并比2A的慢多少。因为后期的涓流状态,充电速度都比较慢
前期的充电速度,确实是成倍的差距。

相比于镍氢电池、铅酸电池,所有的锂电池本身都属于快充。而需要做的是给锂电池限流,降低充电电流,以降低锂电池的寿命损耗。锂电池的内阻因为非常小,所以给它多大的电流,就会以这个电流充电,用3A的充电头,就会以3A的电流充电。

我个人的体验,0.1C的充电速度中等,0.2C的充电速度已经很快。

2A充电头不容忽视的缺点
0.2C是比较理想的快充速度,且不会对电池造成伤害,从3.7V充到4.2V,2个多小时~3个小时就能充到95%以上。所以,2A应该是给10000mAh的电池充电,相对应的是0.2C倍率。

锂电池的容量逐渐衰减,一两年之后可能会衰减到80%~50%。这时候,4000mAh的电池,实际容量可能只有3200mAh~2000多mAh。因此,如果还是使用2A充电头,那么充电倍率等于会上升,这样会加速电池的衰减。

解决的办法是,5000mAh以下的容量,充电头最好不大于1A。4000mAh的电池,较理想的电流是4000mAh×0.2C=800mA。当然,如果使用1A的充电头也问题不大,4000mAh使用1A的电流,充电倍率为1A÷4000mAh=0.25C。

下列是0.37C充电的对应关系
电池容量充电头限流
10000 mAh小于等于3.7A
5400 mAh小于等于2A
4000 mAh小于等于1.48A
3500 mAh小于等于1.295A
3000 mAh小于等于1.11A
2700 mAh小于等于1A
2500 mAh小于等于925 mA
2000 mAh小于等于740 mA
1300 mAh小于等于481 mA

0.2C快充的对应关系 (约3小时以内可充满,推荐!我正在使用这种方案。)
电池容量充电头限流
10000 mAh2A
5400 mAh1080 mA
4000 mAh800 mA
3500 mAh700 mA
3000 mAh600 mA
2700 mAh540 mA
2500 mAh500 mA
2000 mAh400 mA
1300 mAh260 mA

0.15C保养快充的对应关系 (约4~5小时可充满,推荐!我正在使用这种方案。)
电池容量充电头限流
10000 mAh1.5A √使用中
5400 mAh810 mA
4000 mAh600 mA
3500 mAh525 mA
3000 mAh450 mA
2700 mAh405 mA
2500 mAh375 mA
2000 mAh300 mA
1300 mAh195 mA

注:上述3个表格中的“充满”,指的是从3.6*V充到4.2V所需的时间。
注:我正在使用中的方案:10600mAh的电池用1.5A或2A,充电速度都很快;5300mAh的电池用1A或700mA。

总结
现在的2A充电头,已经逐渐成为标配,有些手机原装的就是2A充电头,虽然充电速度加快了,用户用着好用,但是不利于电池的保养,最好更换为0.2C~0.25C的充电头,0.2C更理想。电流的计算公式是:容量×0.2C=多少毫安的电流。

现在厂家有些产品是短寿设计,更地是考虑当下好用,而不考虑让用户用的时间更长些。

为什么4000mAh的电池已经接近手机电池容量极限呢?
因为容量和体积成正比,如果容量想再增大,那么体积、厚度都会增加。

手机锂电池想用很薄的,容量又大的,那是几乎不可能的。如果有存在超大容量的超薄锂电池,那么有可能会虚标。

单节锂电池的容量没有极限。目前已知的能够买到的钢壳锂电池、软包铝壳锂电池,最大的单节容量在42000mAh,即42安时左右。容量越大,危险系数也会增加。

锂电池的技术发展
锂电池并不像硬盘、闪存那样能在单位面积内不断地提升容量,多少年来锂电池的容量密度、性能的提升是很有限的。所以在未来的很多年里,很多新款的手机,依然是在使用今天的锂电池技术。

20条评论:
1   网友 2020-10-06 18:36
手机电池好比汽车轮胎,受不到重视。

自由勇 2020-10-07 21:18
嗯,主要是关注的人不多。

2   朱锦明 2020-10-06 20:01
我的是一天一充。

自由勇 2020-10-07 21:18
感觉晚上充电比较方便。

3   张波博客 2020-10-07 16:00
这让我想到了我充手机电,我全都是晚上充一夜。。。看来。

自由勇 2020-10-07 16:44
充一夜在充满之后,会自动停止充电,应该没有影响。实测此时功率表是零W。
如果是用大电流的充电头,对电池不太好。

4   心灵博客 2020-10-07 20:27
虽然你说的对,但是用了30瓦的快充头之后就再也回不去了。

自由勇 2020-10-07 21:16
鱼和熊掌不可得兼。我比较怕折腾,所以还是选择低电流的0.15C~0.2C快充,电池能用得更久些。

5   朱锦明 2020-10-08 10:40
我觉得3000-4000毫安实用点。苹果7不到2000毫安。

自由勇 2020-10-09 12:17
嗯,刚查了一下,苹果7的电池容量是1960mAh。

6   朱锦明 2020-10-08 10:44
快充,也像生活一样变成了一种快节奏!拿生命换快时间。
7   心灵博客 2020-10-09 10:10
怎么可以不用专业设备简单确定电池的实际容量呢?虚标太严重了。

自由勇 2020-10-09 12:10
测试容量有多种方法,我使用中的2种方法推荐:
1. ZB2L3容量测试仪,淘宝关键词“ZB2L3”。这个是目前最便宜的锂电池容量测试仪,价格14.67+6,我在2017年买过第1个,今年又买了2个。
原配的7.5Ω水泥电阻,建议可更换为15Ω-18Ω左右,或者把2个7.5Ω水泥电阻串联起来用,以降低放电倍率,保护电池。
还需要买一个手机锂电池万能座充,就是能卡住锂电池两极的,然后把座充拆开,所有电路全部拆掉,只保留这两极的接线,这2条接线分别接ZB2L3的锂电池输入正负极。
ZB2L3还需要5V供电。

然后把锂电池充满电,ZB2L3的截止电压调至3.0V,开始放电,需要几个小时放完,最后会显示容量,如果能达到标称容量的90%,就是合格。
精准测试容量的唯一方法,就是这样放电。厂家标称的容量,一般是放电至2.75V的容量,但是这个电压有些过放,对电池有点损伤。(放电至3.0V也有点损伤)

方法2:用内阻测试仪YR1030测内阻(全淘宝最低价164元),瞬间测出锂电池的性能,但无法精确测定它的容量。
比如4800mAh的21700锂电池,全新内阻在13毫欧左右。
5300mAh的波士顿锂电池,全新内阻在15毫欧左右。20多毫欧的波士顿电池,有时容量也能达到5000mAh以上。

实测600mAh的铁锂电池,内阻仅34毫欧。

所以,有时候内阻大,容量不一定就小。但如果内阻特别大,容量肯定小,锂电池性能就低。

测量内阻仅适用于自己对已经熟悉的某一种规格的电池,用于批量检测,比如我有几个百波士顿锂电池,直接测内阻就能瞬间知道它的性能,而不需要测容量。比如内阻15毫欧~18毫欧的波士顿电池,性能几乎为全新,容量一般都在5200mAh以上。

自由勇 2020-10-09 12:20
刚搜索了一下ZB2L3,有一家12.5+5,还有好几家8块多,9块多包邮的,真便宜啊。
我买的ZB2L3,是从官方店买的,就是他们原创生产的,2017年时是19.3+8,今年买的是14.67+6。

8   朱锦明 2020-10-09 14:03
我对我的实操能力打一个问号?
佩服勇哥:)

自由勇 2020-10-09 15:20
用很多时间折腾的。:)

9   平顶山 2020-10-10 11:10
基本都是充一夜...
10   心灵博客 2020-10-10 18:27
感谢,我采用便宜的ZB2L3方案 (#^.^#)

自由勇 2020-10-10 21:59
不客气,ZB2L3测试的容量应该很准,它是锂电池玩家的必备工具。
我一般不测试容量,ZB2L3有一个很大的作用是用来放电到我指定的电压。

11   笛声 2020-10-11 07:55
白天用快充,能多快充多快,晚上用5V1A慢慢充,凌晨2点插排自动断电。

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