快充对手机是有部分危害的,但是不管是快充还是慢充,只要是充电就一定会对手机的电池造成永久性的不可逆伤害,因为充电的时候,电流的快速流动会让电池的温度升高,导致电池的电芯被永久性破坏。
快充会比慢充的伤害更大一点,即使快充有一些保护机制,但快充对手机的影响依然是存在的的,快充虽然能够大幅度地提高手机充电的速度,同时也会对电池的寿命产生了一定的影响,但是一般手机都是可以去售后有偿更换新电池的。
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各手机厂商的快充技术还算是非常成熟的,有着一定的技术保障的。因为手机在设置快速充电功能的时候已经为电池设定了最高的承受电压、电流、温度等的保护机制,所以快充技术相对来说还是很安全的。
手机上要实现快充充电功能需要满足三要素,三者缺一不可。充电器、电池、charge IC。充电器需要满足足够的输出电流以及输出电压,因为充电器的走线有很大的寄生电阻,如果要实现较大的充电电流,充电器的带载输出电压需要较高。
快速充电不会伤电池,但是频繁的快速充电相对于慢充来说确实会对电池造成伤害。
1、加速电池电芯极化
一般在锂离子电池的充电过程中,电极内部扩散的Li+迁移速度相比电解液很小,电极内部扩散是Li+扩散速率的控制步骤。
由于Li+在电极颗粒内部的迁移速率远小于其表面发生的电化学反应速率,因此引起了电极的浓差极化现象,会进一步加剧正负极电极电势差偏离平衡电势。
当持续充电电流较大时,电极处的离子浓度升高,极化加剧,电池端电压无法与充入的电量/能量直接线性比例地对应起来。
同时大电流充电,内阻的增大会导致焦耳发热效应,加剧带来副反应。如电解液的反应分解、产气等一系列问题,危险系数骤然增加,对电池安全性产生影响,非功率型电池的寿命必然会大幅缩短。
2、可能导致电芯析晶
在充电过程中,我们对于锂离子的控制实际上是很弱的。我们只能保证锂离子会迁移到负极表面,但无法保证锂离子会均匀的分布在负极表面。
在锂电池快充即意味着锂离子快速脱出并“游向”负极,这时候就需要负极材料具有快速的嵌锂能力。
用于锂电池快充的负极材料包括碳材料、钛酸锂及其它的一些新型材料。对于碳材料来讲,由于嵌锂电位和锂析出的电位差不多,常规充电的情况下一般是锂离子优先嵌入石墨,但是在快充或低温条件下,锂离子可能会在表面析出形成枝晶锂(又称析晶)。
枝晶锂会刺穿隔膜(SEI),会造成Li+二次损耗,降低电池容量。当锂晶体达到一定量后就会从负极向隔膜生长,造成电池短路的危险。
在电池电量一定的情况
功率标志着充电速度,快充相对于普通充电,就是通过下列三种方式来缩短充电时间,以达到快速充电的。
01、电压不变,提高电流
02、电流不变,提高电压
03、电压、电流均提高
当然,手机要想实现快充充电,不仅需要技术的提升。还需要手机本身支持快充、配合相应的快充充电器(包括充电头和充电线)。
快速充电功能对手机电池是有损害的。
其实无论是快充,还是慢充,都会对电池寿命产生损伤。快充之所以会对手机电池寿命造成影响,主要原因还是在于提高了功率,充电时会带来比慢充更多热量,而高温会加速电池老化。
这项新技术能较大程度节省充电时间,所带来的优势远远大于弊端。在很多情况下,充电的坏习惯才是真正伤害手机电池寿命的元凶。
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手机快速充电主要分为三大类:VOOC闪充快速充电技术、高通Quick Charge 20快速充电技术、联发科Pump Express Plus快速充电技术。
快速充电技术:VOOC闪充
提高充电速度的方法有两个大方向:一是提高电压,二是提高电流。提高电压会增大充电过程中的发热量,加速电池老化并可能带来安全隐患,因此实际效果不佳。
相比之下,提高电流则较为现实。VOOC闪充技术采用低电压高电流模式,保证了充电过程中的安全性。VOOC闪充充电5分钟通话2小时,充电30分钟可以将手机的电量从0%充到 75%。
快速充电技术:高通Quick Charge 20
高通Quick Charge 20技术是Quick Charge 10的升级版本,采用了新的规范。通过同时加大电流与电压的方法来提高充电速度。
快速充电技术:联发科Pump Express Plus
联发科的快速充电新技术Pump Express内置于PMIC的电源管理集成电路。允许充电器根据电流决定充电所需的初始电压,由PMIC发出脉冲电流指令通过USB的Vbus传送给充电器,充电器依照这个指令调变输出电压,电压逐渐增加至高达5V达到最大充电电流。
参考资料
百度百科-快速充电
电动车发展的最大掣肘是什么?
——是电池。
围绕电动车的争议,大部分都与电池脱不开关系,这里包括但不限于成本、续航、安全、用车便利性等一系列衍生问题,不仅影响了消费者的购买决策,也让电动车车主感到忧虑。
电池是一门材料学,而材料学的发展往往不可预期。虽然电池的能量密度一年比一年高、续航能力一年一年强,但是“续航焦虑”这个词始终没有从消费者的脑海里消失,说到底,还是电池材料没有出现革命性突破。
既然材料发展举步维艰,那么就只能从充电技术上寻求转机。『充电三分钟、通话一小时』,这句经典的广告词想必大家都有印象,智能手机带动了快充技术的大规模普及,如今,快充也成为了电动车的标配——30分钟从30%充到80%,很大程度上节省了充电时间,缓和电动车主对于充电的“麻烦”心理。
但随之而来的又是一个新的问题,快充究竟伤不伤电池呢?
电池的寿命
要解答这个问题,我们得先弄明白电池的寿命。
大部分人有一个误解,认为锂电池的寿命就是看充电的次数。其实不然,电池的寿命取决于电池的『完全充放循环次数』。它是指电池完成一次100%用电/充电的完整过程,譬如『电池从满电到用光,然后一次性从0%充至100%』这是一次完整充放循环,『充一点用一点,分两次从30%充到80%』也是一次完整充电循环。
于是我们有了一个基础共识——在除去其他条件下的影响下,电池的寿命是固定的,且足以覆盖车辆的生命周期。作为现在电动车的主流配置,三元锂电池的理论循环寿命在1500次左右,磷酸铁锂的寿命更长,理论可达2000次。
但是理想和现实总是有差距,在实际使用中,有诸多的因素都在加快电池的损耗,包括温度、过充过放以及快充。
快充伤不伤电池?
弄明白电池的寿命,我们接下来就说快充的原理。
其它种类的电池(如燃料电池),工作时会发生转化(Conversion)化学反应,伴随着物质的转化而释放能量。但是锂电池采用的是非常独特的锂嵌入(Intercalation)化学反应,我们可以将电池内部视作一个泳池:充放电时,锂离子在正极与负极之间游来游去。
锂电池中的正极为锂化合物,负极为石墨。充电时,在电场作用下,锂离子嵌入到负极的石墨碳层微孔,存储能量;放电时,电解液发生反应,这些带电荷的锂离子从负极脱嵌流向正极,使其处于富锂状态,这个过程形成电流供电。
理想状态下,只要正负极材料的化学结构不发生变化,锂离子电池就能保证长时间、多次数循环,达到理想的工作寿命。
但是!快充之所以快,就是强行使锂离子快速从正极嵌出并嵌入负极,增大锂离子的流量与速度。
快充时,由于锂离子在电极颗粒内部的迁移速率小于其表面发生的电化学反应速率,因此会引起电极的浓差极化现象,使得正负极电极电势差偏离平衡电势。在电流很大时,电极负极(石墨)表面的一层半透膜 (SEI 膜——类似于隔离墙的存在,将电极材料和电解液分开,避免其发生反应)会开始发生破裂,随后电极材料和电解液产生反应,电极材料被破坏。
持续快充,电极处的离子浓度进一步升高,极化加剧。电极材料破坏越严重,能够存储的锂离子就越少,可逆性变低,电池的容量就会出现衰减。同时,大电流充电,内阻的增大会导致发热以及其它副反应,如电解液的反应分解、产气等问题。
这是短期的影响,再看长期的影响。
快充带来的发热量与发热不均匀,会成为电池热失控(Thermal Runaway)的潜在诱因,当然,这个链式反应存在温度临界点。通常来说,为了安全,电池的温度零界点一般都非常高。但是快充的另一个负面效果——析锂效应(Li Plating)会降低这个温度零界点。
前面说到,锂电池是基于锂嵌入反应(Intercalation)而设计的,当负极电流过大或温度过低时,负极电位低于Li/Li+参考电极的电位,就会产生本不应该出现的锂转化(Conversion)反应,产生金属锂,这就是所谓的析锂(Li Plating)。
长时间析锂后,电池内部的锂会形成像树枝状的结构,俗称锂枝晶。让我们看看它的样子:
以前的主流学说认为,锂枝晶会刺破电池导致短路(Internal Short Curcuit),但是这个说法现在受到不少质疑,而替代的理论是,锂枝晶的树状结构会导致电池的临界温度大幅降低,进而使热失控风险增加。
也就是说,快充时的热效应提高了电池温度、析锂效应降低了临界温度,两种负面效果里应外合,增加了热失控的风险。
那我们应该怎么用快充呢?
当然,我们并不想危言耸听,不能一棒子打死说快充就是不好,更不希望你买了电动车就畏首畏尾。因为这些副反应虽然不可避免,但是过程还是非常缓慢的,保守估计也要数百次快充才能对电池造成可见的伤害。
更何况,电动车厂商也相应的保护措施。
现在的电动车上都会搭载BMS系统(Battery Management System),它是管理和监控电池的中枢,负责调配、维护、保护电池的各个模块,目的是保证电池工作效率、防止过充过放、延长电池寿命、帮助电池正常运行等等工作。
就拿快充来说,BMS在快充时会智能调节快充的电流与电压,在低电量的情况下使用大功率充电,当电量超过80%后,就限制充电功率,改为涓流充电。这样既享受了快充及时补能的便利性,也尽可能地减少了快充对电池的伤害。
这是车企在技术上的应对措施,我们车主也可以从充电习惯上入手。
如果有机会装个人充电桩就尽量装,能慢充就慢充。如果在外只有快充可选,那么也尽量不要让电量掉到太低,剩余20-30%就可以准备充电了,同时,快充时不要追求一定得充满,充到80%左右就可以拔枪了,一是80%之后的涓流充电耗时太久、二是也能主动防止电池过充和电池过热。
结语
总之,快充一定程度上缓解了充电的烦恼,但也不要过分依赖快充。慢充为主,快充为辅,是更加健康的选择。
最后,举一个可能不太恰当的比喻:低电量的电池就像是虚弱的病人,慢充就好比给病人喝瘦肉汤,让他自己慢慢消化、吸收营养;快充就是直接往病人的静脉注射葡萄糖,让他快速回复元气。但是我们都知道,我们没病的时候,都是正常吃饭喝汤,而不是天天挂葡萄糖。
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