Mescoda's Blog

【译】如何延长电池寿命

2011-01-22

这是一篇译文,原文为Battery University《How to prolong lithium-based batteries》

也是由于期末考试(我又在找理由了),基本上在12月20号之后就没有系统地扫GR了,回家后看到考据癖更新了有关电池使用的一篇《微考据 [2]》,为了测试英语的退化程度就把后面留下的电池大学的文章翻译了一下。顺便说一句,我一直担心的电工过了。

另外这篇文章不是单纯的通篇技巧指南,赶时间的同学可以直接阅览又黑又粗的部分并跳转到最后的简明指导部分
不赶时间的可以去Battery University看更多关于电池的文章。

以下正文:

有关电池的研究主要都集中在锂电池上,以至于我们可以猜想总有一天所有的手持设备都会是由锂电池驱动的,实际上锂电池在很多方面也都胜于镍基电池,所以市场对锂电池的需求也越来越高。

目前,锂电池技术并未完全成熟,依旧处于不断的进步中。新的金属和化学物质每六个月就被试验来提高能量密度并延长使用寿命。然而每次的实验效果也只能在一段时间后才显现出来。

一节锂电池提供大约300-500次的充放电循环,相比于把电完全用干净,只用掉部分电量反而对电池更好。应尽量避免频繁耗尽电池电量,相对的,适当加大充电次数或使用大容量电池更好。在进行不规律的充电时没必要担心所谓的记忆问题


尽管锂电池不会因为记忆效应降低寿命,那些带有电量计的电池还是会有对数字的敏感性。原因在于:短时间放电和随后的立即充电没有为电池提供应有周期校准,并将电量计的指数和电池的实际使用情况同步起来。每30次充电后进行一次有意的完全放电和充电就可以解决这个问题。不这样的话,电量计就会变得越来越不准了。

锂电池的寿命问题常被人忽略,一节锂电池通常能使用2-3年,电量的降低实际上是因为氧化引发的内部电阻增加,最终电阻会大到无法传递所存储电能的临界点,这样即使电池依然能被充电,充进去的电量却没法传递到外界设备。因此,旧电池可以在电流量需求小的设备中继续使用。因为循环次数和寿命限制所造成的内阻增大问题主要出现在用于手机、照相机和笔记本电脑这些高能量密度的锂钴电池。低能量密度的锂锰电池(也被称为尖晶石型锂电池)在整个使用周期都保持内阻,但会因为化学分解导致容量降低。这类锂电主要用于能量工具。

锂电池的耗损速度主要取决于温度和充电程度,图一显示了因这两个变量导致的容量降低。

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充电程度高和高温会造成永久性的容量损失。化学方面的进步有利于提高储电能力。

锂电池的有限使用寿命在制造界也引起了关注,我将继续澄清一些事实。

如果有人问我们人类能活多久,我们会发现寿命的长短取决于生活质量和不同国家的生活水平。电池,尤其是锂电池也是同样。值得注意的是由于我们所获得的信息是基于用户的反馈而不是来自某个实验室,所以用户使用的不同生产规格的电池也会导致寿命的不同和结论的偏差。下面让我们来简单看看锂电池的不同“生活状态”。

在高温下使用充满电的电池是最二的行为,而这又恰恰是大多数笔记本电池的使用情况。如果接有电源,笔记本内的电池就只有12-18个月的寿命。当然这个寿命不是说电池立马就会挂了,而是会逐渐开始萎了。

电池的充电电压也对寿命有很大的影响,处于安全考虑,大多是锂电池的电压都不会超过4.2V。如果加载了更高的电压,电量的确会增大,但同时也会缩短使用周期。图二显示了充电电压对充放电次数的影响

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锂电池一旦损坏就无法恢复。一个临时性的解决方法是对电池加热。这能短暂地降低内阻,但是温度一旦回降,性能也会跌回原来的水平。

如果可能,应将电池以40%的电量存放在低温环境。长期存放时,不充满电有利于保证电池的保护电路运转。避免充满电和高温环境。尤其是将手机或闲置电池置于温度较高的车内。单纯接电源使用笔记本电脑也会有温度问题,如果电池充满了,在操作时温度会达到45°C (113°F)。

在由电源供电时取下笔记本的电池可以减小受热问题。出于对电池受热引起火灾的担忧,美国消费者安全委员会的发言人也建议取下笔记本的电池并用电源供电。但是单单使用电源的弊端在于:突然停电时没保存的内容就会丢失。还有个问题经常被问到,在不使用时,笔记本应该拔掉电源线吗?答案是:在一般正常情况下,这对锂电池没有影响。一旦电池充满了,就不会再充电了。但笔记本或者电池的交流适配器故障问题还是值得担忧的。

大量的手机锂电池在保修期后被机主丢弃。一些废电池被送往服务中心或者制造商,然后被翻新。有研究显示80%-90%的回收电池能被翻新,然后重被使用。

也有些锂电池是由于过渡放电而损坏,如果电池被用到低于2.5V,内部的安全环路就会启动,这样电池就会像坏了一样。想用原来的充电器充电就不可能了。一些电池专家(Cadex)曾指出过恢复保护电路让电池重启的办法,但是一旦电池的电压低于1.5V/节,并且维持几个月这样,那么因为安全隐患也得避免重现充电。所以为了避免损坏,绝不要在长期存放电池前完全用完电,尽量保留一些,并在再次启用前再充满即可。

所有的个人电脑(以及一些其他的电子设备)都有为记忆备份而准备的电池。这种电池一般是微小的不能再充的锂电池,它在设备关机后提供微小电流。为PC机提供诸如BIOS设置、时间日期、即插即用服务的资源分配等必要信息的保留。这些备份电池的寿命会由于不同的使用环境而有不同的衰减。电脑应该在这些电池电量低时给出重要的提醒,因为备份电池一旦损坏,在换上新的之前,电脑应在关机后保留的内容和设置就没法保存了。

高能量锂电池的长寿问题

一般来说,只要你正常使用,电池都能使用较长时间。高压充电,过度频繁充电,非人的使用环境才会缩短电池的使用寿命。这些规则也适用于高电流的锂电池。

除了减少的充电次数,频繁的放电也会带来额外的损害。图三显示了充放电次数对电池寿命的影响。可以看出1C环境下的充放电带来了最好的实验效果。(当然0.5C更好)

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适中的充放电频率可以减少对使用寿命的影响

电池专家们也认为充放电次数并不是决定电池寿命的唯一标准。尽管小心使用可以提高使用寿命,但环境和使用需求却常常不允许正确的使用习惯。很多时候,电池的寿命只是环境因素使然。

简明指导:

  • 不要频繁耗尽电量,那会给电池带来额外压力。相比于用干了再充、充满了再用,每次用了一部分后充电更好。不用担心所谓的记忆效应,对没充满的电池接着充电其实没什么影响。(在这一点上,锂电池与镍基电池是有区别的。)笔记本电池寿命的缩短主要还是高温造成的。
  • 像笔记本这样有电量计的电池,应该每充电30次就有意完全放电一次。不这样的话,电量计会变得越来越不准,甚至会在显示有电时就关机。
  • 在阴冷环境中存放和使用锂电池,尤其要避免温度较高的车厢。长期存放时,应保留40%的电量。
  • 在笔记本电脑接有电源时,最好取下电池来。(不过有些厂商觉得这样会导致灰尘和潮湿问题)
  • 不要买多余的锂电池来备用。不管价格有多么诱人,购买时都要注意生产日期,以免买到存货。
  • 如果你不幸已经有多余的电池了,最好先用其中的一个,并把另一个充上40%的电放在冰箱的冷藏室中保存(注意:不是冷冻)。等这个不行了,再用第二个吧。
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