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关于手机锂电池充放电过程的研究

时间:2014-9-26 15:26:18来源:本站原创浏览次数:
    摘 要:随着社会经济的不断发展,人们的生活水平不断提高,手机已逐步成为人们日常生活中必不可少的电子设备之一。且随着手机智能化、大屏化的发展,人们对于手机已不再仅局限于通讯功能的要求,尚包括娱乐、办公、商务等方方面面。因此,手机用电量亦不断增大。对于手机充电过程的合理应用,既不长期超时充电,亦不出现充电过满,是保证手机质量,延长手机使用寿命的重要途径。本文即针对手机锂电池在充电及放电过程中的相关问题进行研究、分析,并就如何合理进行手机充电提出相关建议。
    关键词:手机;锂电池;充电制度;放电制度;电池温度

  一、概述
  在科学技术不断发展的今天,电子产品市场不断升温,各类电子设备已逐步成为人们日常生活中的必需品,手机变是其中之一。自上世纪70年代手机正式从美国问世以来,其功能从最初的简单通讯、娱乐休闲等已逐步发展到目前的视频、音频、商务备忘等等,成为了人们生活中的得力助手。
  电池,作为手机十分重要的组件之一,在手机的使用过程中发挥着颇为关键的作用。由于手机使用量不断增长,使用过程中对于电能的消耗量亦随之增加,因此,人们对于手机电池亦提出了越来越高的要求。从最初的镍铬电池到镍氢电池,发展到今天,锂电池已几乎占领了手机电池的全部市场。从性能而言,电池各项性能越来越稳定,储电量越来越大,同时,电池体积较之前更小、重量更轻,越来越满足当代人的使用需要。
  手机使用频率增加,为手机充电成为人们日常生活中必不可少的一个环节,只有正确的进行手机充、放电,才能更好的维持电池性能,延长手机使用寿命。然而,目前消费者在对手机进行使用及充电的过程中往往存在许多不合理之处,如只有手机电量用空时放进行充电,或在充电过程中习惯于充电过满等,这些不科学的使用方法均会对锂电池造成损伤,长此以往,必然会导致影响手机性能的正常发挥。只有通过对于手机锂电池充放电的过程进行不断深入的研究,方能把握其正确的使用方法,同时,更好的提升锂电池性能。

  二、锂电池充放电过程与寿命关系相关研究
  锂电池在使用过程中的方法是否得当,对于其性能的发挥及寿命的长短是有着重要影响的,下文将就充电过程、放电过程以及电池的使用温度三个因素对电池寿命的影响进行分析。
  1.充电制度与电池寿命间关系
  实验过程采取了三种充电制度对手机锂电池进行充电,每种均采用不同的电压模式,通过不同充电制度下电池最终容量的预测、分析,阐明充电模式对于锂电池寿命的关系。
  (1)采用4.2V恒压稳定充电至100mA电流的充电制度对锂电池进行充电。在该充电模式之下,不断对电池充电循环过程中的最大电流进行测量,发现最大电流变化较大,同时,该最大值又呈现逐渐减小的趋势(图2.1,纵坐标为电流值)。由此可推断,该充电模式可能导致电池电容的较快衰减,故不利于电池的使用。

  图2.1 1 充电模式下每次的最大电流
  (2)采用5A恒流至4.2V电压,后由4.2V电压至100mA电流的充电制度。在该充电模式下,对最大充电电压进行多次测量,结果发现,充电电压不断升高,并逐步高于了充电额定电压(图2.2 纵坐标为电压值)。由此可见,当充电电流过大时,电池电容不断减小,不利于电池使用。

  图2.2 2 充电模式下电压变化情况
  (3)采用1A恒流至4.2V电压,后由4.2V电压至100mA电流的充电制度。
  (4)采用4A恒流至4.2V电压,后由4.2V电压至100mA电流的充电制度。
  在3、4两种循环式充电模式下,电池容量衰减速度较慢,既可以提升电池的使用寿命,同时,亦可实现较快速的完成充电过程。是一种较为理想的充电模式。
  2.放电制度与电池寿命间关系
  通过两种放电制度下对不同放电条件中锂电池寿命的统计关系,可以实现对放电制度与电池寿命关系的评估。
  第一种放电制度为首先将手机静置30min,后将其1A放电至4.2V,并自4.2V放电至110mA,再次静置30min,再次进行放电,自1A放电至2.7V,后回到首步骤循环该过程。第二种放电制度为首先将手机静置30min,后将其1A放电至4.2V,并自4.2V放电至110mA,再次静置30min,再次进行放电,自5A放电至2.7V,后回到首步骤循环该过程。
  通过两种放电制度下对手机电池寿命的统计,可得到放电制度与电池寿命间关系如图2.3所示:
  图中,纵坐标显示电池使用寿命,可见,第二种放电制度下电池寿命出现较为明显的下滑状态,而第一种放电制度下电池随着使用过程的延长其寿命较为平稳,故其电池寿命更长,更利于电池性能的发挥。
  3.电池温度与与电池寿命的关系
  在人们的日常生活中,对手机电池进行充电的环境多种多样,其温度变化较为复杂,若温度异常,特别是在高温环境下,则必然会对电池的使用寿命产生影响。
  分别在20℃、30℃及50℃的温度环境下对手机锂电池进行同种制度的放电研究,并对电池的电容进行测量,可得图2.4所示使用温度与电池电容关系:
  图2.4 不同温度下锂电池放电容量
  其中,纵坐标为电池放电容量,横坐标对应放电时间。通过上图可见,在20℃及30℃的放电环境下,电池容量随时间延长而下降的 较为缓慢,而在50℃的条件下,当电池使用到一定时间时,则会快速的发生电容下降现象。由此可知,相比于接近于室温环境的温度,高温条件下电池电容量下降更快。
  因此,在日常使用手机时,应尽量避免其长期处于高温环境下,同时,避免其与高温物体接触,从而延长手机使用寿命。另一方面,由于受工作性质限制,有部分使用人群(如金属炼铸业工作者)不得不较长期处于温度较高的环境使用手机,而锂电池的温度限制则不能充分适应此类人群,这便对相关技术研发人员提出了要求,希望其能够提升电池耐热性能,使其适应更多的使用人群。
  总之,手机作为当代人日常生活中的必备电子产品,对于其电池组件的研究是电子领域相关技术人员必须开展的工作之一。通过对锂电池充放电过程的不断深入研究,一方面,可以指导消费者更加合理的使用手机,延长手机使用寿命;同时,研究人员还可对锂电池的性能进行进一步的开发,从而使其更好的服务于人们的生活。

  参考文献:
  [1]王骥,黄慧,甘乐,蓝张琳,陈亮.手机锂电池充放电过程的研究[J].大学物理实验,2009,04:30-33+36.
  [2]]任保福.大容量锂离子动力电池充放电过程热特性研究[D].北京交通大学,2012.
  [3]胡广侠.锂离子电池充放电过程的研究[D].中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所),2002.
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