如何为锂电池延缓衰老?
来源:宝鄂实业
2021-11-09 08:38
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从原理出发,只要先了解造成电池老化的原因,再根据这些原因给予电池针对性的保护,我们就能达成「保养电池」的目的。
电池大学(Battery University) 在 How to Prolong Lithium-based Batteries 一文中详细地介绍了让锂电池老化的多种因素。如果大家感兴趣的话,可以点击链接来仔细探索电池爱憎分明的一生,不过因为篇幅限制,本文仅简单谈一谈其中几个因素。
第一个因素是循环(Cycles)。这个在 Apple 的官方文档中已被统一写作为「充电周期」,方便理解的话你也可以认为是放电周期,其 定义 为「当放电量达到电池容量的 100% 以后,即完成了一个充电周期。」
在电池大学的文章中,你也可以找到类似的定义,即放电深度(Depth of Discharge)决定了电池的循环次数,一个完整的循环就是 100% 的放电深度,锂电池的实际容量则会随着循环/充电周期次数增加而略微减少。
这种因循环而造成的容量减少有一条及格线,比如 Apple 对于 旗下产品内置电池的寿命承诺 为,iPhone 用户的电池可以在 500 次循环后依旧保留 80% 的健康度,iPad、Apple Watch、MacBook 则是 1000 次。
不过,我们并不能单凭循环次数来评估电池寿命。许多人可能听说过「不要给手机充电一整晚」、「不要把电池用到关机」这样的说法,其实这样的说法有一定的道理,这也是为什么前文引入放电深度这个概念的原因:放电深度越小,越能延长电池寿命,充电同理。
换句话说,我们同时还要避免深度充放。
从这张图中我们可以看到100%-25%(黑色)容量损失最快、寿命最短,85%-25%(绿色)其次,75%-65%的容量损失最慢、寿命最长。
因此如果综合考虑电池的寿命和日常可用性,按照电池大学「部分充电比完全充电更优」的说法,在不追求长续航的情况下,尽量保持电量百分比在 30% 到 80% 的区间内。在接受 The Verge 采访 时,来自 Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science (ACCESS) 的工程师 Venkat Srinivasan 也给出了同样的结论。
注:考虑到电量计校准问题,可以定期进行一次完全充放电来校准电量,避免遭遇跳电等电量百分比显示不准确的情况。
除了上述充放电的因素,环境因素的影响也不小。极限高温和高充电电压将会影响电池的寿命,前者会加速电池不可逆的容量损失,后者虽然可以提高电池容量,但会加速衰减电池的循环寿命。
尤其需要注意极限高温带来的影响,一般来说,最好不要让电池温度超过 35 摄氏度。
到此为止,我们一起回顾下那些让电池加速老化的凶手:深充深放、高温、高充电电压。为了让电池的服役生涯中尽可能拥有更长的使用寿命,厂商们又做了哪些努力呢?
并不矛盾的快充与涓流
相信不少朋友在读到前文「避免超快速充电」时,可能就要眉头一皱并提出质疑:时下的智能手机快充可都成了标配,你却说快充伤害电池寿命应该避免,厂商这么做是自相矛盾吗?
其实不然,一方面,由于电池制造工艺的改进,快充带来的负面影响已经不如过去那么明显,但用户对快充的需求却是与日俱增的;另一方面,为使快充对电池寿命的影响尽可能地小,厂商们也在不断改进快充技术、优化充电策略。
以我们熟知的策略「涓流充电」为例,为了保护电池寿命,很多厂商都不会放任快充状态到电池满电,而是到了某一个电量百分点的时候使设备脱离快充状态,降低充电电压、电流,进行涓流充电,渐缓地充满电池。
正是出于这个原因,大多数厂商都会将快充速度的宣传重点放在「充电 xx 分钟可用 x 小时」,而非充满电实际需要多少时间上。一些比较旧的支持快充的手机,甚至在电量高于 60% 时就早早关闭了快充。
另一项用户看不见的电池保护手段相对底层——几乎所有的手机都配有基础的电池性能管理系统。这个系统包含了电池内部的电压管理、在极限温度下的应对措施等这些细致入微又不可关闭的机制,举例来说,如果在炎热的夏天使用手机频繁拍照,让机身温度持续升高并触碰阈值,系统就会弹出警告并强行停止相机应用。
从某种方面来说,这种对电池的高温保护同时也利及了手机内的其他元器件。
在避免深充深放方面,厂商还会在不明显影响续航的前提下,刻意冗余出一小部分的电池容量,以此来延长电池的寿命。随着大众对电池健康度的关心,避免深充深放的保护机制也渐渐从底层上浮为用户可视可控的系统功能,比如文章开头所提到的 iOS 13 的「优化电池使用」选项,再比如索尼系统一直以来就搭载的 Battery Care 功能。
这些功能或是利用某些智能算法、或是通过新起的机器学习,来自动判断电池应该在何时停止充电、何时充满。Xperia 1 所搭载的 Battery Care 还可以由用户来对这些项目进行自定义设置。
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