王志勇 发表于 2020年10月06日 17:03
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 mAh | 2A |
5400 mAh | 1080 mA |
4000 mAh | 800 mA |
3500 mAh | 700 mA |
3000 mAh | 600 mA |
2700 mAh | 540 mA |
2500 mAh | 500 mA |
2000 mAh | 400 mA |
1300 mAh | 260 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 mAh | 1.5A √使用中 |
5400 mAh | 810 mA |
4000 mAh | 600 mA |
3500 mAh | 525 mA |
3000 mAh | 450 mA |
2700 mAh | 405 mA |
2500 mAh | 375 mA |
2000 mAh | 300 mA |
1300 mAh | 195 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。
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。
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。
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。
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