05.15 手機續航為啥差?先搞明白手機電池原理再說!

對智能手機而言,影響續航的因素有很多,比如電池容量(越大續航越久)、充電功率(越高充電越快)、硬件(如處理器)耗電、系統省電優化等等。其中,電池容量,或者說電池結構和充放電原理,則是一切的基石所在。

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智能手機的電池結構

如今數碼產品內置的都是“鋰電池”,其內部主要是由含鋰化合物的正極材料(如今鋰電池的正極材料多為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料(鎳鈷錳酸鋰)和磷酸鐵鋰)、電解質、隔離膜、負極材料(石墨)和外殼五個部分組成。

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其中,正極和負極材料都被嵌入到電解質中,而隔離膜則處於正負極之間,是避免它們直接接觸導致短路發熱進而引起燃燒爆炸的“防火牆”。

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鋰電池無論是充電還是放電,其實都是鋰離子在電池的正極與負極之間移動,並將電能和化學能相互轉換的過程。

在充電時,正極材料分子中的鋰元素會被分離出來,變成一個帶有正電荷的鋰離子(Li)。在外加電場的作用力下,這個鋰離子會穿越電解質和隔離膜,到達終點負極後會與其中的碳原子發生化學反應生成LiC6,並穩定地嵌入到負極的石墨層狀結構當中,最終實現存儲能量的過程。在放電時,鋰離子在化學反應的作用下會從負極重新移動回正極,這個過程會形成電流從而為數碼產品供電。

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鋰離子在從正極到負極之間“旅行”時,單位時間內可從正極分離出來的鋰離子越多,意味著這塊電池可以存儲的電量也就越大。如今智能手機都想在保持性感身材的同時塞進更大容量的電池,就只能通過增加正極材料和改進正極材料來提升“能量密度”這個參數了。

鋰聚合物電池一統江湖

鋰電池根據內部電解質形態的不同,又可細分為“鋰離子電池”(Li-ion)和“鋰聚合物電池”(Li-poly)。其中,當電解質為液體時就是“鋰離子電池”,它需要使用金屬外殼密封包裹防止漏液,所以質地較硬,18650電芯就是“鋰離子電池”的典型形態。“鋰離子電池”的優勢是成本低,但缺點則是極端情況下存在爆炸的風險。

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當電解質為固態或凝膠態時則是“鋰聚合物電池”,這種形態的電池可以用軟膜包裹,可以做成扁平甚至L型的樣式,在極端情況下以燃燒為主,安全風險相對要好一些。目前智能手機和輕薄型筆記本都已過渡到“鋰聚合物電池”時代。

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需要注意的是,通過Android版的AIDI64等軟件可以查看手機電池技術是Li-poly還是Li-ion,但從眾多網友的拆解和反饋來看,很多顯示Li-ion手機型號的電池其實仍然是鋰聚合物電池,所以我們不必在這個方面糾結。

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新手機電池需要激活嗎

這是一個老生常談的話題,在功能機時代部分手機還在使用鎳鎘充電電池,由於其出廠時沒有完全激活,才需要用戶購買新機後首次使用前充滿12個小時來防止記憶效應。然而,如今的智能手機早已過渡到鋰電池時代,內部具備完整的控制IC和電路,不存在所謂的“激活”說法,首次使用充滿後隨時都可拔下。

充電過程中的三種狀態

鋰電池在充電時會遵循“P=IU”(功率=電流×電壓)的物理公式,它將電能轉換為化學能的充電速度,最終就反映在充電功率這個參數上。

理論上講,提升電流和電壓都能增加電池的充電功率,但考慮到鋰電池自身的安全特性,避免因欠壓或過壓而導致電池損傷或爆燃,每一款手機體內必然會配備完善的電源電路,其中尤以充電控制芯片和電源控制芯片最為重要。

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其中,電源控制芯片主要負責對電池進行充電,並實時檢測充電和電池當前的電壓值;充電控制芯片用於保護電池過放電、過壓、過充、過溫,從而有效地保護電池壽命和使用者的安全。

在實際應用中手機廠商們通常會設定三種不同的充電狀態:“恆定電流預充電”(Constant Current Pre-charge Mode)、“恆流調節模式”(Constant Current Regulation Mode)和恆定電壓充電(Constant Voltage Regulation Mode)。

其中,“恆定電流預充電”應該是最容易被我們忽略的狀態,所以在這裡小編就先簡單介紹一下:很多手機在長時間不用時,即使連接充電器也無法開機,很容易讓人產生一種“手機不會壞了吧?”的疑慮。

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原因很簡單,手機內置鋰電池的電壓也會隨電池容量的減少而降低。當電池電量完全消耗到0%時,其電池電壓往往會降到3V以內。此時連接充電器,手機內部電源轉換器所產生的電壓還不足以滿足微處理器觸發電源、復位、13MHz時鐘信號等開機條件,需要“恆定電流預充電”以較小的恆定電流(普遍為設定電流的1/10)對鋰電池進行充電,使其慢慢恢復活性(將電池電壓提升到某個閾值,如高於3V)才能觸發開機操作。

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*電池百分比和電壓對應關係是可自定義的,本表只是為了便於大家理解,數據僅供參考

開機後,電源控制芯片就會嘗試與充電器進行“握手協議”(不同的快充標準都有自己的一套 兼容標準),進入“恆流調節模式”狀態,並在條件允許的情況下加大電壓和電流的輸入縮短充電時間。當電池電量達到某個閾值時(通常在80%到90%之間)則會觸發溫柔的“恆定電流預充電”狀態,也就是我們所謂的“涓流充電”(設定電流的1/10),直到電流低於某個臨界值,此時手機才會顯示已充滿全部電力。

正確的“充電姿勢”

小編不建議大家邊充電邊玩手機。因為當手機連接充電器時,電源電路會自動將電池切換到充電狀態並停止放電,此時手機運行時所消耗的電量都是充電器端提供的。如果手機所支持的充電功率較低,在玩大型遊戲時很可能出現“充不進去電”甚至“電池越充電量越低”的尷尬。

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同時,充電時會顯著增加發熱量,容易觸發處理器的降頻機制,導致遊戲出現卡頓而影響體驗,在一些極端情況下甚至會威脅到人身財產安全,而電池壽命的最大元兇也就是高溫,如果你不希望自己的手機剛買半年電池就出現了30%以上的耗損,就需要改變充電玩手機的壞習慣了。


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