無線充電和快充會影響手機電池使用壽命?

作者 : 趙明燦,EDN China

近日,EDN China小編看到有網友表示,在更換新機iPhone 11 Pro Max後,透過最佳化手機的充放電,實現了手機電池的健康。他指出,最佳化的充放電包括四點,其中第一點就是隔夜充電時使用蘋果原裝的有線充電器,而不使用無線充電和快速充電。那麼,本文就想探討無線充電和快充是否會對手機電池壽命有害。

近日,EDN China小編看到有個網友表示,由於自己是重度手機用戶,因此他幾年前買的iPhone 8 Plus在用了還不到三年後,就把電池給用壞了。他並指出,蘋果(Apple)用戶更換手機,大多是出於電池報廢的緣故,於是,他換了新機iPhone 11 Pro Max,並在之後透過最佳化手機的充放電,並結合一款稱為coconutBattery的App進行監控,在使用一年後,發現手機的電池仍然很健康。

這裡所謂最佳化的充放電,他指出四點:1.隔夜充電時使用蘋果原裝的有線充電器,而不使用無線充電和快速充電;2.使用iOS的「最佳化電池充電」功能對充電時間進行控制;3.如果白天需要充電,充電量不超過60%;4.長期不用手機時,確保電池電量在50%左右。

iOS 13可幫助減輕手機充電的應力。

哈哈,無線充電和快充就這麼不幸「躺著也中槍」了!那麼,在無線充電和快充成為許多手機標配的今天,EDN China想和大家討論,這兩種充電方式是否會對手機電池有害。

手機無線充電原理

首先從無線充電開始,先來看無線充電的原理。無線充電主要有四種類型:電磁感應、磁場共振、無線電波和電場耦合,目前,大多數手機的無線充電都使用電磁感應方式。這種方式是透過讓電源電流流過發射線圈產生磁場,然後將手機的接收線圈靠近磁場產生電流而實現手機充電。電磁感應方式的效率比磁場共振更高,因此受到手機無線充電領域廣泛使用。

2008年,隨著無線充電聯盟(WPC)的成立,電磁感應充電受到規範並開發出Qi標準,繼而成為世界上分佈最廣、最受歡迎的無線充電標準。由於標準的統一,不同製造商所生產的無線充電產品只要符合Qi協定就可以通用,但它也存在缺點,那就是傳輸距離短和充電效率易受放置位置影響。

為什麼很多人認為無線充電會影響電池壽命?

雖然無線充電讓人們擺脫了資料線的束縛,可以隨心所欲地充電,但可能也正是這點讓有些人懷疑,頻繁的充電和電源故障會造成手機電池壽命縮短。

換言之,使用有線充電的話,電池可以得到「休息」,而使用無線充電板充電則得不到休息。因此,使用無線充電,電池會更快達到有限的迴圈次數,老化速度也就更快。但真的是這樣嗎?

這是一種誤解。現在手機使用的是鋰電池,它不像鎳氫電池那樣有記憶效應,而是可以隨用隨充,而且這也有利於維持鋰電池的活性——長期將電池深度放電(電量接近0%)或充得太滿(接近100%)都對電池健康不利(編註:電池的迴圈次數指的是迴圈週期,它是按電量從0%~100%算作一次,而不是指實際的充電次數)。

蘋果先前也表示,在經過500個完整的充電週期後,iPhone的電池最多可以保留其初始容量的80%,而當電池容量不足80%時,功耗就會加速,性能也會受到影響。

無線充電對手機電池是好還是壞?

毋庸置疑,無線充電技術為我們的生活和工作帶來便利,也不存在充電埠磨損的問題。但是,無線充電對手機電池有益嗎?

顯然,無線充電更適合電池使用,而且實際上還可延長電池的使用壽命,但這取決於其使用方式,以及為其充電的頻率:

  • 與有線充電不同,無線充電可以全天使用。有線充電用戶一般都是在電池電量為「紅色」或低於20%時才會充電。電池電量低的情況,不僅對電池壽命有影響,還會讓許多人經歷「低電量焦慮症」;
  • 無線充電則一般是將充電器放在家裡、汽車上、辦公室和咖啡廳等地方。這樣,當用戶開車或去咖啡廳時,手機就可以進行充電(這就不一定是低電量狀態)。而且,與完全充滿電相比,將電池充電到50%左右更有利於電池的健康;

針對這裡提出的50%進行解釋,據EDN China姐妹網站EE Times上Max Maxfield的一篇文章「Are Your Charging Habits Degrading Your Smartphone & Tablet?」所述,鋰離子電池的壽命與放電深度(DoD)有關。100% DoD只能實現300~500個放電週期;50% DoD可實現1,200~1,500個放電週期;25% DoD可實現2,000~2,500個放電週期。從這裡可以看出,長期將鋰離子電池充到一半電量(50%),與充滿電(100%)相比,其使用壽命明顯更長——這是個4倍的關係。

簡而言之,將電池充到滿電狀態會帶來電壓應力的影響,將電池電量耗盡則不利於電池的活性。這在「How to Prolong Lithium-based Batteries」一文中有詳細論述,這裡就不再細說了。

  • 最後,一旦電池充滿電就會停止充電。電池充滿後,Qi和AirFuel兩種協定都會自動停止電池充電,因此不存在過度充電的情況。

手機電池是否會發生過充和過放?

現在的智慧型手機一般使用鋰離子電池。它有兩個電極(陰極和陽極),中間的電解質讓鋰離子可以在電極之間移動,充電時鋰離子從正極移向負極,放電時則朝相反方向移動。在充電過程中,電能轉換為化學能,而在放電過程中則發生相反變化。

專家指出,電池可儲存的能量和使用者可使用的能量由電池製造商所決定。它們會設定固定的上、下限電壓,亦即電池的迴圈範圍是在這兩個電壓值之間。因此,只要電壓範圍選擇恰當,那麼電池的迴圈就可以達到數千次,這與充電器是無線還是有線類型沒有關係。

因此,即使將手機長時間放在無線充電板上,也不會超過這個上限。同理,對電池放電也不會超過製造商所規定的下限,亦即用戶無法對電池進行過度充電或過度放電。況且,大多數手機製造商所設計的電池壽命是至少可持續使用兩到三年,因此,對於換機頻率較快的使用者,無需過分擔心電池老化問題。

充電週期數受什麼影響?

不同的電池有不同的標準,但可以確定的是,當充電週期超過一定數量以後,電池會發生老化。

如果想要放緩充電週期,最簡單的方法是減少電量消耗。真正「偷」電的那些流氓應用(不斷在後台發送資料),以及經常處在手機訊號不好的地方(需要強化手機訊號),這兩種情況可能比用戶的充電習慣對電池壽命造成的損害更大。當然,電池的製程(包括所用材料的品質)對其壽命起決定性作用。

快充會傷電池嗎?

以下來看快充。有人可能擔心大電流充電可能危及安全,這可能也是認為快充會傷電池的原因。

常規充電器的輸出為5~10W,快充最多可將其提高八倍。例如,iPhone 11 Pro和Pro Max配備18W快速充電器,Galaxy Note 10和Note 10 Plus標配25W充電器。另外,三星(Samsung)還以50美元價格出售超高速45W充電器。

除非電池或充電器存在技術缺陷,否則使用快充不會對手機的電池造成長期損害。原因是,快充電池分為兩個階段。第一階段是向低電量電池施加高電壓,從而在10、15或30分鐘內將電池充電到50%~70%。在充電的第一階段,電池可以快速吸收電荷,而不會對其長期健康產生重大不利影響。

電池充電分為兩個階段:升壓/恆流和恆壓/降流。第一階段適用於大電流快速充電,圖中綠色:先低電壓充電至65%,黃色:恆壓開始,紅色:最後15%長時間高壓充電。(圖片來源:Battery University)

例如,三星承諾其45W充電器可以在半小時內從零充電到70%。蘋果表示,iPhone 11 Pro隨附的快速充電器可以在30分鐘內實現50%的充電。

充電的第二階段是將最後20%或30%的電池電量充滿,這個過程所需的時間似乎與前一個階段相當,其原因是手機製造商必須將充電速度放慢,否則充電過程可能會損壞電池。如果在手機內對整個充電過程進行妥善管理,則損壞就會變得罕見。這就是電池管理系統所做的工作,它會密切監視這兩個充電階段,並在第二階段降低充電速度,從而使電池有時間吸收電荷而避免出現問題,這就是最後那幾個百分點可能需要花10分鐘充的原因。

請注意,三星Galaxy Note 7電池爆炸的原因是電池設計缺陷,而不是手機電池管理技術所造成。

發熱才是罪魁禍首

電池性能下降受時間、溫度和電壓極限的影響。為了讓電池儲能增加,製造商在不斷提高電壓極限。

我們無法讓時間停止,電壓極限則是由製造商設定,因此能做的就只有降低溫度。手機在無線充電時可能發熱,這也是讓人覺得無線充電會影響電池壽命的一個原因,如果將手機在帶殼的情況下放到充電板上充電,或者沒有將其正確放到充電板上,則有可能使它進一步發熱。

大多數手機電池會因受熱而損壞,因此,就需要確保充電器經過Qi認證。經過認證的裝置表示它經過了嚴格測試,這有助於確保安全性、互通性,以及能效,因此有助於確保溫度不會升得太高,而達到危險或破壞性水準。

如果希望將手機電池壽命盡可能延長,那麼就應該注意溫度。許多比較好的無線充電器都內建有風扇和冷卻系統。但這個問題不僅限於無線充電,手機在使用有線充電時也會發熱。如果擔心手機發熱的話,那麼就不要把它放到陽光直射的窗台上或熱車裡。在把手機插到電源充電時,也不要使用手機來玩圖形密集型遊戲,然後就是不要使用未經認證的無線充電板或有線充電器。

最終,這很大程度上取決於製造過程、手機製造商所選設置,以及手機的使用方式,但是隨著充電速度和電池容量的不斷提高,電池壽命可能受到損害。因此,不推薦使用那些聲稱可以在1個小時內為鋰離子電池充滿電的所謂的超快充電器。

總結

在EDN China看來,無線充和快充會影響手機電池使用壽命的看法屬於子虛烏有。

要想延長手機電池的使用壽命,最重要的是避免手機發熱或處於高溫之下。將手機經常充電到50%~80%有利於電池健康,但對於充滿電和隔夜充電的情況也不必太過擔憂——現在的智慧型手機乃至無線充電設備都已夠智慧,可以在手機充滿電後立即停止向其傳輸電能。另外,就是要避免山寨充電器的使用。

本文原刊登於EDN China網站

 

 

 

 

 

 

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