高效充电=优质体验?一位工程师对充电电池的思考

自从手机出现以后有一个问题就一直存在：很多手机的使用手册或是卖场的店员会告诉你，最初几次给手机充电时要连续充电多少小时以上，否则就会影响电池的性能、寿命云云。如果你对电池及其充电特性有所了解，这个迷思就很容易被打破，从而不再按照他们的指引去做。受智能手机广泛普及和厂家推动电动汽车普及化的影响，电池容量和充电速度成为人们广泛关注的话题，于是与之相关的迷思也不断出现。

最近有一篇名为《“无负极电池”问世，或将颠覆电动车和手机电池》的文章在网络上广泛流传，这就是一个带有颠覆性的信息。万物负阴而抱阳，作为一个电池，没有负极，哪里来的阳极呢？其作为电池的实体也不可能存在，我们的电动车和手机将如何使用它呢？我相信一点，通过对电池材料、结构的革命性改进，我们是有可能得到容量密度大幅度增加、功率密度大幅度提高、安全性也更好的产品的，但在这一切真的变成现实以前，千万不要用一些哗众取宠的东西来吸引大家的眼球，让人们产生一些不切实际的幻想，同时却又不得不生活在现实中，让心中的纠结造成我们身心的疾病，给社会也带来不安定因素。

在多年前，受环保节能理念的影响，我们家中所使用的电池都是可充电的镍氢电池，用来给它们充电的充电器也是普通的，每次给电池充电都要用几个小时。后来看到新闻说一家日本厂商所制造的镍氢电池充电速度已经做到了半小时以内，而自己用的电池有一大半都是这家公司的，所以就产生了购买快速充电器的冲动，冲动的结果是从万能的华强北市场上找到了能够极速充电的产品，于是悲惨的事情就发生在我身上了，所有电池都在充了一次电以后容量剧减，最后不得不弃之不用。这件事虽然没有对镍氢电池产生不好的想法，但从那以后就再没有购买过，由此可见负面感受会给我们的人生带来多么大的影响，相应地，与之相关的产业也必然受到冲击。

其实带来影响的那个充电器让电池受到损害的原因不一定是充电速度造成的，也可能是它没有按照镍氢电池应有的充电策略进行充电造成的，因为每一种电池都有自己的特性，当你用不正确的方法对待它时，问题就出来了。对于我们现在常用的锂离子电池，我在很多年前就见过下面的这幅图：

这是关于锂离子电池充放电速率与其容量和循环寿命的关系图，纵轴代表容量，横轴代表循环寿命，由不同的点所描绘出来的曲线代表了用不同的速率对电池进行充放电时容量与循环寿命之间的关系。其中的C是与电池的容量有关的充放电速率数据，假设某个电池的容量为1000mAH，如果用1000mA的电流对它进行充电或放电，则充满或放完其全部电能的时间是一个小时，这时候的C就代表1000mA，2C则代表2000mA。根据这些定义，这个图告诉我们如下信息：这个电池的初始容量为900mAH，假如用1C即900mA的电流对它进行充放电，经过500个循环后，其容量还剩下大约780mAH；如果用2C即1800mA的电流对它进行充放电，则经过500个循环后，其容量会下降到大约500mAH。类似这样的信息给我留下这样的印象：一个锂离子电池，如果用1C的速率对它进行充放电，经过500个循环后，其容量还有初始容量的80%。遗憾的是这样的信息是不完全准确的，它只是代表了某个型号的电池的特性。

网络上最近有一篇很火的小米移动电源的拆解文章。小米的新移动电源采用了松下的18650规格的锂离子电池，单颗电池的容量为3180mAH，按照我们旧有的知识，如果用3180mA的电流对它进行充放电，则当其经过500次循环时，其容量还剩下3180mAHx80%=2544mA，这对很多应用来说是一个完全可以接受的使用寿命。可是实际看到的电池参数表中的数据和想法完全不一致，它的标准充电电流是0.909A，也就是909mA，只是相当于0.28C。由于没有找到这个电池的完整规格书，不知道这个标准充电电流所对应的循环寿命是多少，但可以猜想它与500次的循环寿命对上的几率还是很大的。如果我们没有按照这个电池实际标出来的参数作为限制去使用它，它的寿命就会受到极大的影响，而且这样的错误还是很容易发生的，因为我们的RT9451就具有4A的电流充电能力，我一直以为用它去对这样的电池进行充电是完全合理的。

作为智能手机的使用者，你的新手机的电池容量是不是比过去的大了？那么你有没有感觉到每次充满电后的使用时间比过去更长了呢？你是不是感觉到要你充电的提示信息出现得越来越频繁了呢？造成这种问题的原因，除了手机功能越来越多、被使用得越来越频繁造成耗电越来越多外，这些手机的电池管理是否都是恰当的呢？这些都是值得考虑的。其实作为消费者的某些欲望常常会造成制造商的错误的迎合，对于快速充电的要求就是其一。

事情的另一面是制造商也有错误的时候，有的是因势利导去利用某些特性实现特定的效果，有的是故意纵容从而从中获取商业利益，有的则是无心之过。作为无心之过的例子，在我们的身边最近就发生了一起，只是这一“过”没有对社会造成任何的损害，相反地，由于思考的介入，让我们对某些问题有了更深入的认识。

事情的起因是公司最近出了一款型号为RT1650A的无线充电接收端IC，它的输出功率做到了5Vx1.5A=7.5W，要比同时期市场上已有的无线充电接收器功率更大，同时它的效率更高，在和业界同行的发送端配合工作时，整体的转换效率做到了80%，比同时期市场上普遍的72%~73%的效率高了不少，这让个别同事升起了它能提高充电速率的遐想，但是通过对无线充电所面临的各种环境条件的分析，我们发现只有在功率发送端的输入功率受限的情况下才有可能出现由于效率的提高而带来的提高充电速率的效果，而且这还要接收端的电池和充电管理部分予以配合才能实现，如果以100%的效率进行电力传输时都没有满足电池和充电系统的要求，则任何效率的提高对提高充电速率都是有帮助的，可是我们知道这样的状况是很少发生的。我们通常遇到的大部分状况都是电池和充电系统不能接受太多的电流，这使得充电过程不能太快，而供应却完全不是问题，因而在大部分条件下对无线电力传输效率的提升能够起到的作用只是降低能耗、降低发热量。当系统的能耗被降低以后，这些系统也就能够被放置到更多的空间受限的环境中，制造这些产品时也有可能使用更少的材料，从而带来广泛的经济效益、环境效益，提高使用者的舒适度，让消费者感觉更爽，而这些效益和提高充电速率实在是无关的。

大部分的消费者对于科学与技术的实质通常是不太关心的，它们通常在意的是自己的感觉爽不爽，这种爽或者是不爽的感觉完全来源于体验而不是思考，所以他/她的追求就会常常偏离正轨，在此过程中，那些满足他们的欲望的东西是最容易打动他们的，这就给那些顺势而为的人留下了下手之处。作为工程师，我们行为的基础是科学、是技术，我们的思考是要有逻辑的，我们是未来的创造者和制造者，我们得慎重一点，做好了，这就是我们的功德，那是会有福报的，当然了，如果我们作恶，同样有东西在等着我们，要如何做，完全看自己的选择。且行且珍惜！可得看仔细了。