如何科学的延长电池寿命

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笔者小时候网上冲浪,最喜欢做的就是一遍遍的翻苹果官网,边角的任何信息都不容错过,各种技术参数背的烂熟。虽然多年过去,现在已经想不起iPhone5镜头的等效焦段,或是A7采用的制程工艺,但那时官网上偶然翻到的一篇关于电池的概述却我印象深刻。

如何科学的延长电池寿命

如果你只想要标题的答案,那么这张图的细节已经足够丰富,温度和百分比决定了一块电池容量衰减的速度。 好,那我们 下期 再见~

如何科学的延长电池寿命

什么?你想知道背后的技术原理?好吧,笔者将结合自己粗浅的穿越机(FPV)飞行经验,从穿越机电池的参数开始剖析,自顶向下推导出结论,附带一些技术说明。 笔者并不是EE专业,有错轻喷。

如何科学的延长电池寿命

首先,在话题开始之前,我们有必要来复习一下小学二年级学过的知识,电池种类: 我们的手机,早期采用镍氢电池,因为记忆效应明显,目前已全面普及锂聚合物电池(Li-Po),少部分充电宝则采用锂离子电池(Li-ion)。而汽车或者重工业用的,一般都是铅蓄电池。 每类电池之间的差异 非 常 大 !通常不能相提并论。 但巧了,我们要讨论的手机电池和穿越机电池同属锂聚合物电池,我们可以把穿越机电池的参数偷来使用。理解了穿越机电池参数,你也就能理解手机锂电的门道。

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(FPV电池)

mAh/Ah

好了,我们从简单的开始,你的面前摆了一块 方方正正,正正方方,方正方正,正方正方 的锂电,上面标着3000mAh,这什么意思?这意味着,这块电池能以3000mA的电流持续放电1小时,1h后没电。 mAh描述了一块电池里能塞进的电荷数量,这个数值越大,续航时间越长,没啥好说的。

标称电压

标称电压通常用来表示电池的平均电压,是一个近似值,不同种类的电池标压不同。如锂电标压3.7V,铅酸电池2.0V,锌锰电池1.5V,镍氢电池1.2V。 标压并不是指电池工作时的电压,电池充放电时它的电压是会上下波动的。锂电工作时具有这样的特性:电池满电100%时,电压4.2V,50%时3.7V,0%对应3.3V。 由此可以看出锂电充放电时的电压并不是线性的,而是一条曲线,实际的情况比这复杂得多。

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C数

C数代表了一块电池的放电倍率,数值越大,放出的电流越暴力。还是上面的例子,一块3000mAh的电池,假设他的放电倍率是10C,那意味着它最大可以放出3000mA*10倍=30A的电流,有点类似超频。 电流是变大了,但是能量守恒,现在这块电的续航时间只有1h/10倍=6min的时间,如果它一直以30A的电流输出,6min没电。 不同于暴力的穿越机电池,动辄100c的放电倍率,手机电池不需要这么大的电流浮动,通常为1C。 如何科学的延长电池寿命

(75C的穿越机电池)

S数(Serial串行)

如果说C数是关于电流的一些变动,那么S数和接下来要说的P数就是电压上的变动。 S数描述的是一块电池内部通常有多少串联的电芯(Cells),2S就是2块串联的电池,3S就是3块。

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(3电芯单块电)

一块锂电的标称电压是3.7V,那么2S(2块电串联)的电压是多少呢? 是3.7V*2=7.4V,3S则是3.7V*3=11.1V。

和FPV电池3S-6S这么多并联的电芯不同,手机电池通常只有1S(因为Soc通常不需要大电压,电压过高反而会给变压模块带来负担)。

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(4S电池)

P数(Parallel并行)

P数指一块电内部有多少电芯数并联,2P指2块电芯并联,并联电压不变,参照上文,输出电压3.7V,类推。 那么,一块3S2P的电池输出电压多少呢?答案,11.1V。

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(6电芯单块电)

因为并联并不会带来电压的变化,电流却在变,因此手机锂电根据不同厂商,通常P数不同。

Wh

瓦时是能量单位,和mAh描述了电池容量不同,它描述了一块电池能做功的多少,主流笔电60-100Wh,手机10-20Wh,那这是怎么计算出来的呢? 我们仍然以3000mAh的电池举例, 根据小学二年级物理公式:Wh=UIt^2=UQt=U*mAh 可以简单地看出,只要把电池的标压3.7V乘以毫安数就可以得到瓦时。 3.7V*3Ah=11.1Wh

结论

讲了这么多概念,差不多改回溯一下主题了。 怎么最大限度地阻止一块电池容量衰减呢?很简单,只要一直保持50%左右的电量就可以了(误 FPV电池C数很大,内部电芯的电极接触面积大,因此化学运动十分剧烈,如果长期满电存储,会发生不可逆的化学反应(负极固化物),产生气体,从而鼓包。虽说手机电池只有1C,但并不意味着满电存储不会鼓包,笔者就 不 止 一 次 在拆机的过程中发现笔电或是手机锂电鼓包的情况,通常机主都会表示笔电日常插电使用,或者手机长时间满电关机。 这里必须明确,电池鼓包必须立刻停止使用!天知道接下来会发生什么,漏液算轻的,着火了等着哭去吧 :) 和过充造成的电池鼓包相比,电池过放(长期没电)造成的结果算温和的,顶多失去一块电池嘛,我是绝对不会告诉你我的MBP半年没充电直接报废电池换块原装备件花了300+的事实的TAT。

工艺

接下来是补(正)充(片)说(开)明(始)。 目前锂电有两种主流的生产工艺,卷绕法和堆叠法。堆叠法是一种更加现代的技术,而前者的影响力正在日渐衰微。 卷绕法把正负极和电解层堆叠在一起,卷绕成型,效率高,但能量密度低,电池膨胀后受力不均匀。 堆叠法把正负极,电解层一层一层反复的堆叠制成,通常能做出各种奇形怪状的异形电池,得以充分利用空间。

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(Macbook2016引入的异形电池)

关于两种工艺的优劣,回形针已经造好了轮子,这里直接引用: https://www.bilibili.com/video/BV1Kt411G7La/

BMS

电池管理系统(Battery Management System)几乎在任何电子设备上可见,它主要负责电池的充放电管理。 比如锂电充至最后20%电量时进入涓流充电,就是BMS在起作用。 再比如你正在给手机充电,现在电量100%,那么事实上手机的锂电还有没有在接收电流呢? 答案是没有了,大多数BMS都会切断电源,避免电池过充。 好的BMS算法能大幅提高电池的使用寿命,比如iOS的BMS:

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TESLA和DJI的BMS算法也同样优秀,前者通过OTA更新让Model X多出了近30KM的里程,而DJI则通过不断地BMS算法更新为Mavic2 增加了近3min的续航时间。

---嘛,差不多就这些了,写稿不容易,喜欢不妨分享一下Owo---

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