电池充放电:电池是如何工作的?

说到智能手机、笔记本电脑等充电设备,大家似乎都有陌生的习惯。例如,人们在使用新设备之前让其电池完全放电,或者在电池充满后立即从插座中拔下插头。但是你如何最好地处理你的电池?我们通过让专家解释电池的工作原理来发现。

电池,也称为电池,是电子产品中最重要的部件之一。毕竟,如果没有电池,您昂贵的手机、笔记本电脑或方便的电子阅读器将无法工作。然而,很少有人知道电池的工作原理,互联网上有许多关于电池充电和放电的神话。是时候弄清楚了。在本文中,我们关注锂离子电池,这是消费电子产品中最常用的电池类型。

给新电池充电

当您将新小工具开箱即用时,您会希望立即对其进行设置和使用。但是等等:互联网上说您必须先为电池充电,然后才能开始使用该设备。那正确吗?不,埃因霍温科技大学能源材料与设备教授 Peter Notten 教授说。 “锂离子电池在出厂时已经进行了多次充电和放电,目的是要有一个良好的开端。据我所知,先给电池充电与否对电池寿命没有影响。”

博士。代尔夫特理工大学教授兼电池研究员 Marnix Wagemaker 对此表示赞同。 “对于锂离子电池,这没什么区别。”

这会有所作为,因此您可以在第一时间立即使用全新的电子产品。当然,除非电池(几乎)是空的。

据我所知,先给电池充电与否对电池寿命没有影响。

便宜的充电器可能很危险

您很有可能不仅会使用原装电缆和插头为手机、平板电脑和其他小工具充电,还可以使用折扣店或中国网店等非原装配件为您的手机、平板电脑和其他小工具充电。这些商店的无品牌充电器无疑要便宜得多,但较低的价格必须来自某个地方。用于廉价电缆和插头的部件通常质量较低,有时甚至很危险。因此,诺顿教授称使用廉价的非原装配件是“不明智的”。

“充电器必须完全适应电池,两者之间的交流非常重要。充电器的准确性在很大程度上决定了电池的老化程度。”根据 Notten 的说法,在充电器和电池之间所谓的不匹配的情况下,可能会发生“奇怪的事情”,例如短路。

Wagemaker 补充道:“产品随附的充电器经过仔细考虑,可以为电池提供多少电压,例如 4.2 伏。如果您使用另一个最大电压为 4.4 伏的充电器,您的电池将在过高的电压下充电。如果稍微过高,主要是对电池寿命不利,但差异太大确实会很危险。”

USB-C

使用 USB-C 连接的设备要格外小心,因为 USB-C 支持比众所周知的 micro-USB 2.0 更高的电压。越来越多的电子产品具有 USB-C 端口,尽管对 USB-C 标准有明确说明,但并非所有制造商都遵守这一点。例如,OnePlus 2 和 3 电话的 USB-c 电缆不符合标准,可疑的配件品牌仍然生产(更便宜的)电缆和插头,其最大输出高于预期。这是危险的,因为它可能导致电池过热,进而可能着火或爆炸。在购买 USB-C 产品之前,请仔细检查以伏特和安培为单位的最大输出是否与原始产品配件对应。或者购买原装电缆或插头,然后您就确定您来对地方了。

充电过夜

“原则上这是可能的,”诺顿教授说。 “锂离子电池采用众所周知的 CCCV 充电模式,前半部分电池快速充电,后半部分慢速充电,以避免出现危险情况。但是,如果电池长时间放置在充电器上,例如过夜,确实会发生小的副反应,从而缩短电池的使用寿命。”几个月后你不会注意到效果,它确实需要更长的时间。

如果您使用原装配件,Wagemaker 还称其在夜间将设备挂在充电器上足够安全。 “如果充电器是好的,它就知道电池已充电并停止。没有电流流过,所以没有危险。”然而教授不会在晚上给他的设备充电,只是为了安全起见。

专家们对于晚上在枕头下给手机充电的人还有一个更紧急的建议:立即停止! Notten:“它应该被禁止,因为电池不会在枕头下失去热量。而且电池也不应该过热,因为温度过高会导致各种奇怪的事情,例如短路。”苹果等制造商也警告电池过热。这家 iPhone 制造商在其网站上表示,iPhone 中的锂电池可能会因高温而损坏。因此,如果设备在充电时变得很热,Apple 建议客户从设备上取下任何保护套。

给电池充电的最佳温度是室温。根据 Notten 教授的说法,在充足的阳光下为电话、笔记本电脑或平板电脑充电绝对对电池不利,因为在较高温度下充电的负面反应更快。

校准电池

如果您设备的电池寿命(突然)令人失望并且您对此没有任何解释,您可以校准电池以进行某种重置。例如,任天堂去年在其 Switch 游戏机受到电池问题的困扰时就推荐了这种方法。

Notten 教授表示,这种方法适用于过去使用的电池,但他不认为它在当前用于平板电脑和笔记本电脑等的锂电池中发挥重要作用。

天气冷时电池消耗得更快

在低温下,电池的电压会下降,而且越冷,它走得越快。 Notten 教授:“当电池达到电压下限时,它就会停止。设备也是如此。它可能看起来是空的,但事实并非如此。如果你在室内将它加热到室温,它会再次工作。”他的推理得到了 Wagemaker 教授的支持。因此,建议将您的小工具放在您的包或夹克口袋中,以在冬天保持温暖。

快速充电器和无线充电器?

根据代尔夫特理工大学的 Wagemaker 的说法,很明显为什么快速充电器比慢速充电对电池更不利。 “通过快速充电,电流会不断地以更高的电压进入电池,通常与电池允许的一样高。这很好,因为电池充电很快,但如果您总是使用快速充电器,您总是会在电池的极限充电。这会加速电池的老化,从而对寿命产生负面影响。”

Notten 说,原则上,这与具有高最大电压的无线充电器没有什么不同。电池的无线充电是一种在(更昂贵的)智能手机上特别流行的技术。充电的工作原理大致如下:将充电站插入插座并将智能手机放在充电站上,然后手机将磁能转换为电压为电池充电。

一位美国记者最近根据他自己的研究报道称,与有线充电相比,无线充电的电池循环次数更多,因此老化速度更快。几位专家最近通知 Nu.nl,这种说法不太可能。其中一位解释说,电池处理接收到的能量的方式与使用有线充电器时相同。此外,为防止损坏电池和其他手机组件,使用最广泛的无线充电 (Qi) 标准要求制造商在智能手机的线圈周围建立屏蔽。

负载高达 100%?

充满电的电池给人一定的感觉,但将电池充电到 100% 对使用寿命不利。 “这一切都与最大张力有关,”埃因霍温科技大学的 Notten 教授解释说。 “该电压会影响电池的寿命。因此,请远离充放电过程的顶部和底部。”根据 Notten 的说法,最好将设备的锂离子电池充电至百分之八十或九十,而不要让它降至百分之二十以下。

“这比完全耗尽电池要好。”美国电池大学是最知名的电池测试公司之一,三星等智能手机制造商也强调了这一点。

TU Delft 的 Wagemaker 教授同意,如果容量保持在 20% 到 80% 之间,则电池寿命最好。他强调了 Notten 的推理:“如果可能,请避免充电结束并从零开始充电,即电池电量耗尽。当您考虑使用寿命时,您不会使用电池的全部容量 - 但随后您会放弃一些电量。”

因此,永远不会完全充满的电池也必须更快地充电。电池测试公司 Battery University 和 Notten 教授表示,这并不理想,但更频繁地充电对电池寿命更好。

将电池充电至 100% 对使用寿命不利

锂离子电池寿命

带电池的设备总是会磨损。智能手机和平板电脑等许多电子产品都有一块扁平的锂离子电池,Wagemaker 是第一个解释的人。这种电池比圆柱形锂离子电池占用的空间小,但寿命也较短。例如,由于笔记本电脑变得越来越薄,它们也越来越频繁地从圆柱形电池转换为扁平电池。电池的持续时间因电池而异,因此也因设备而异。每次电池充满电时,都计为一个周期。一块扁平的锂离子电池平均持续五百到七百次循环。

根据 Wagemaker 的说法,那些通过缓慢充电并将电池保持在 20% 到 80% 来经济地使用电池的人可以使用更长时间。 “如果我们在实验室里做这样的事情,我们会得到明显更多的循环,即从电池充电。你会注意到这一点,尤其是在七百人之后。”

臭名昭著的三星 Galaxy Note 7

不时有关于危险充电器、电缆和产品的报道浮出水面。三星 Galaxy Note 7 可能是近年来最著名的。该设备于 2016 年 8 月问世,几周内就有报道称该设备存在火灾隐患。许多消费者的手机着火甚至爆炸。因此,三星在 9 月初开始召回,不久之后又推出了具有安全电池的新 Note 7 机型。当这些新副本在某些情况下也自发着火时,决定在全球范围内召回 Galaxy Note 7。商店将未售出的型号退回给制造商,数百万客户收到了一个防火箱来退回设备。这场惨败给三星造成了超过 100 亿美元的损失,并损害了该品牌的声誉。三星后来根据自己的研究得出结论,生产错误已经潜入电池中,导致某些单元过大和过小,并在使用过程中过热。

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