电池世界的外观

212014年XNUMX月

几年前,当我们正在为Qnovo进行最初的筹款时,锂离子电池非常热! A123刚刚以疯狂的估值上市。 汽油价格飙升,通用汽车宣布了令人兴奋的电动雪佛兰Volt。 特斯拉汽车公司有自己的敞篷跑车,并承诺推出当时的新ModelS。可以将电动汽车纳入主流的创新承诺比比皆是。 苹果公司推出了iPhone,这是有史以来第一次带有嵌入式电池(用户无法取下的电池)。 这是激动人心的时刻! 在这样的背景下,当一位在此领域有丰富经验的投资者对电池生态系统产生深深的怀疑时,您便会感到惊讶。 似乎有很多违背诺言的承诺,而且,正如我后来了解到的那样,当然,不透明的规范似乎很难验证。 “有骗子,该死的骗子和电池供应商,” 继续在我的脑海中产生共鸣,几年后,似乎常常是真的。

此博客并非旨在打击电池制造商。 它们确实提供了非常有用的产品和底层技术,这些产品和技术已被证明对移动社会至关重要。 你们中没有多少人记得大约15或20年前的第一部手机(甚至不是智能手机),当时的电池当时是用NiCd或NiMH制成的,它的大小只有一块砖头……而且寿命太短。 相反,我想使用此博客来澄清谁是主要制造商以及他们面临的挑战。

每年制造超过6亿个锂离子电池。 大数字! 移动设备占该数量的近75%。 其余的进入电动汽车,自行车,便携式摄录机,照相机和其他物品,例如电动工具。 全世界不到10家公司。 它们往往是总部位于韩国,日本和中国的大型化学企业集团。 三星SDI和LG Chemical总部位于韩国,分别是三星和LG的子公司。 在日本,松下,索尼能源和日立麦克赛尔是著名的公司。 松下是特斯拉汽车电池的主要供应商。 然后,有很多快速成长的中国制造商,主要是立信,ATL,比克和比亚迪。 中国制造的锂离子电池的质量往往较低。 它们在中国被广泛使用,但是中国境外的移动设备制造商通常更喜欢使用韩国或日本公司制造的电池。 

美国有一些小型电池制造商倾向于专业化,例如用于医疗或航空航天应用。 在美国,还有几家创新且有前途的初创公司,它们在新材料,新设计和具有成本效益的电池制造方式方面不断前进。 

电池制造商面临着一系列的技术和经济挑战。 首先,包括锂离子电池的电池倾向于便宜。 典型的智能手机中的电池成本约为1到2美元。 电池的利润率往往很低。 电池制造是一项非常耗资的业务。 安全问题在过去十年中也困扰着整个行业。 然而,这是一个竞争非常激烈的领域,而新的中国制造商只会给老牌企业增加越来越大的经济压力。

从技术上讲,主要的挑战是电池制造商无法跟上移动和电子行业不断增长的需求。 我们听说过电子摩尔定律; 它正在推动移动行业。 摩尔定律是1965年戈登·摩尔(Gordon Moore)在英特尔所做的一项观察,即电子产品的容量每两年大约翻一番。 相比之下,电池的容量每2年翻一番! 这是一个严重的差距和日益严重的问题。

此外,关于电子产品还有很多知识。 高科技公司在设计和制造高品质电子产品方面拥有出色的人才。 相反,电池人才有限。 制造移动设备的公司还具有理解电子组件和设计的强大能力,但是令人惊讶的是,其中许多公司在电池知识方面远远落后。 结果是电池及其规格往往是一个晦涩的话题,而创新总体上滞后。 更糟糕的是,电子和软件工程师(移动行业的骨干)根本不喜欢化学反应!

这正在逐渐改变。 它必须改变。 电池,电池制造商和整个生态系统都需要赶上电子和移动行业提出的运行标准和创新水平。

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202014年XNUMX月

发生电池损坏。 你不能阻止它。 这是物理学的一部分。 是的,可以缓解这种情况。 有可能推迟其发作。 可以减少其影响(这是我们Qnovo公司所做的工作的一部分)……但是它始终存在,我们需要对其进行处理。 电池制造商倾向于在地毯下扫除这个问题,但现在又回来了,让他们很难受。

用技术术语来说,电池内部的这种损坏称为“循环寿命”。 它实际上是对电池在被认为已没电之前可以充电和放电多少次的度量。 正如我在上一篇文章中提到的,当电池的最大容量达到新电池原始容量的80%时,该电池就被视为已耗尽。 可以这样说,新电池在使用的第一天最大容量为2,500 mAh。 经过一定数量的充电和放电后,内部损坏会降低此最大容量。 最终,该数字达到80%x 2,500 mAh = 2,000 mAh,在这一点上,它被正式视为“已死”,即需要更换。

为什么是80%? 而不是75%或63.1849%? 因为经验表明,很快超过了80%的标记,损坏会迅速加速,电池容量会迅速下降。 不好!

但是现在你说,我怎么知道?” 好吧,欢迎来到电池制造商如何指定其产品的不透明世界。 作为消费者,您不知道,也无法轻松衡量它。 设备制造商告诉您信任我,但您不应该! 您可以从Apple或Google商店下载的所有这些应用程序也不会告诉您任何信息。 现在,可悲的是,您唯一可以确定电池已耗尽或即将耗尽的方法是,因为它感觉即将耗尽。 仅几个月前,电池就无法维持一天的使用寿命。 现在确定,您还必须确保没有一个或多个恶意应用在后台耗尽电池电量。 因此,如果您重置甚至恢复了移动设备,但其电池仍未送达,则表明电池电量有问题。 如果您问“你为什么不能解决它,“ 答案是 ”我们可以并且我们是。”如果怀疑电池循环寿命受到影响,请让您的移动设备制造商知道您不满意。

让我们回到循环寿命。 如您所见,循环寿命和电池容量紧密相连。 容量实际上是您在使用第一天所获得的容量,而循环寿命是衡量电池容量寿命的量度。 循环寿命几乎就像杂货店一加仑牛奶上印的“有效期”一样; 除了想象杂货店决定有一天只是简单地取消打印这个关键日期。 杂货店不敢这样做! 好吧,许多移动设备制造商选择隐藏或不公开循环寿命-有效地隐藏了电池的这个失效日期。 我们正在努力改变这种行为。 但是现在,我将给您一些有关如何处理此问题的提示和技巧。

大多数移动设备(包括智能手机和平板电脑)的额定寿命为500次,即,您(消费者)可以在认为电池没电之前连续进行500次完全充电和完全放电。 有些设备比其他设备做得更好。 例如,较旧的苹果iPhone持续了500多个周期,而其他iPhone则达到500个周期或不及这个数字。 

但是某些运营商(或运营商在美国以外被称为“美国以外”),尤其是Verizon Wireless,开始要求移动设备制造商将其循环寿命规格延长至800个或更多循环,以有效地为设备提供2年保修。 这个新规范开始大量涌现,但电池制造商并不满意! 对他们而言,提高自行车的使用寿命并不容易,想一想,他们中的大多数人都位于亚洲,他们不喜欢寻求帮助!

因此,制造商增加循环寿命的诀窍之一是-紧握座位-增加充电时间! 哎哟! 现在,您越来越熟悉电池制造商遵循的电池打w策略。 您想要更多的容量,那么,您可能会获得更糟糕的循环寿命……您想要更好的循环寿命,那么,您将会获得更糟糕的充电时间……。

幸运的是,已经存在解决此“重击”问题的技术……移动设备制造商必须更广泛地部署它。 目前,这里有一些提示(尽管有些不便),您可以申请延长电池寿命:

  • 使用PC或笔记本电脑上的USB端口(而不是壁式充电器或AC适配器)为设备缓慢充电。 这有效地将充电电流限制为500 mA。 是的,它很慢,但是如果您不着急,它将为您的电池供电。
  • 在室温下充电! 在炎热的晴天中,或者不在寒冷的冬季中,不在汽车仪表板上。 电池讨厌在极端温度下充电,尤其是低于60度时 °F(或15 °C)及以上95 °F(或35 °C)。
  • 如果您不在旅途中或需要整天为手机充满电,请为电池充电约80或85%,而不是100%。 这也将有助于减轻电池负担。 

以后再说。

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192014年XNUMX月

是的,我做到了。 就是在您对新的移动设备进行了引人注目的投资后几个月就醒了,然后您才意识到电池的续航时间并没有达到您的期望。

好吧,首先,为了安全起见,您必须确保在您不知情或未经您许可的情况下,没有太多正在后台运行的应用程序耗尽电池电量。 但是,假设您已经重置手机,删除了无用的应用程序并关闭了所有后台应用程序的刷新功能,并且仍然无法获得几周或几个月前的电池寿命,那么您是正确的,现在正经历电池损坏的迹象,或者用怪胎的术语来说,这叫做“容量衰减”。

请记住,当我们之前谈论电池的充电容量并说以mAh为单位进行测量时。 因此,假设您的电池额定为2,500 mAh。 因此,当您的设备充满电并且屏幕右上角的电量计读数为100%时,这意味着您的电池可容纳约2,500 mAh的电量……使用早期的水桶类比表示水桶已满,并且装有一定量的水。

但这假设电池是新的。 随着电池损坏的增加,其最大容量实际上会随着时间和使用情况而降低。 发生这种情况的原因有很多,例如制造不善,长时间暴露于低温或高温等。 (我们稍后会再讲)。 因此,您现在拥有的电池最大容量为2,200 mAh,而不是2,500 mAh。 换句话说,您会发现每天的电池寿命减少约1-2小时。  

所以现在你皱着眉头,可能会抱怨:“但是,但是,但是……油量表充满时仍显示100%。”是的,电量计仅读取电池中的可用电量,是电池最大可用容量的一小部分(满口)。 换句话说,在第一天,您的电池就能容纳2,500 mAh,因此电量计的100%等于2,500 mAh。 但是使用6个月后,电池只能容纳2,200 mAh,电量计显示的100%现在仅等于2,200 mAh。 哎哟! 

如果您在考虑可以在哪里读取2,200 mAh的较低电池容量,答案无处可寻。 你不能智能手机制造商和电池供应商要么无法告诉您,要么不想告诉您。 这称为电池的“健康状态”。 

当电池容量下降到其原始容量的80%时(在本例中为80%x 2,500 mAh = 2,000 mAh),该电池被视为已耗尽,必须更换。 但是,正如您所聚集的那样,客户和消费者很难甚至几乎不可能证明他们的电池没电了。 

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182014年XNUMX月

有关电池的最常见抱怨是,“不会持续。“换句话说,我们在心中期望我们的移动设备将无限期地由该电池供电……并且当其耗尽时,它应该可以快速充电。 我们将在随后的博客中重新审视这些概念和解决方案,但是现在,我想设定或重新设定一些期望。

首先,请记住要尽可能多地收费。 没电的电池没用,如果不烦恼,等待2或3个小时给电池充电非常不便。 是的,您可以携带其中一个电池套,但是现在您携带的是砖头,而不是轻薄时尚的智能手机。 

如果可以的话,请使用连接到PC或笔记本电脑其中一个端口的USB电缆为移动设备充电。 是的,速度很慢,但是当您进行其他操作时,它将为电池充电。 如果您在办公桌旁,则不需要充电速度。 这比开车上车并意识到您现在只剩20%的剩余费用要好得多。

如果您不坐在办公桌前,或者没有笔记本电脑或PC,请在房屋周围放置几个标准的壁式充电器,并尽可能为设备充电。 当然,请记住要在晚上为设备充电。 在这方面没有魔力……这只是一些简单的学科。 

对于Apple移动设备,除了PC或Mac上的USB端口,还可以使用Apple壁式充电器。 不必担心使用iPad壁式充电器为iPhone充电,反之亦然。 iPad壁式充电器无法更快地为iPhone充电(当然,有传言称iPhone 6 Plus除外)。 

对于Android设备,您可以使用标准的micro-USB壁式充电器(也称为AC适配器)以及PC上的USB端口……这是您的选择。 如果尝试使用平板电脑交流适配器为智能手机充电,则可能会损坏智能手机电池,风险很小。 这是因为,如果您的智能手机是相当新的设备,比如说已经使用了一年或更短的时间,那么智能手机中的软件将保护它避免消耗过多的电量并损坏电池。 但是,如果您的智能手机较旧,则可能会从较大的平板电脑适配器中获取更多电量并损坏电池。

最后一个花絮……平板电脑和智能手机的壁式充电器之间的区别是额定功率,换句话说,就是充电器能够在其输出端提供多少功率。 如果您查看智能手机(iPhone,Android或Windows)随附的标准AC适配器,则其通常显示为“5V / 1.2A输出”。 这意味着它能够在1.2伏时提供5安培的最大电流,或5 x 1.2 = 6瓦的等效输出功率。 这里的输出是通过USB电缆流到您的移动设备的电能。 相比之下,平板电脑交流适配器将提供几乎两倍的功率或约12瓦。 

最后,车载充电器与您的标准AC适配器非常相似。 区别在于,交流适配器从墙壁电源插座获取120V电压,并将其转换为移动设备可以使用的5V电压。 相比之下,车载充电器从汽车点烟器插座获取12V电压,并将其转换为5V。

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172014年XNUMX月

如今,锂离子可充电电池可用于我们的许多设备中,从便携式PC到平板电脑,智能手机以及许多未连接电源插座的设备。 它取代了较老的电池,例如镍氢(也称为镍氢电池)和毒性更大的镍镉(NiCd)电池。 您仍然可以在当地的电子商店或亚马逊购买NiMH电池:它们的大小与标准AA或AAA电池相同,但可以充电约XNUMX次。 它们通常对您的手电筒或儿童玩具很有用,但不再用于需要更长电池寿命的移动设备或其他小玩意。

锂离子电池是当今的王者。 它的能量大约是镍氢电池的5倍,换句话说,它的寿命要长5倍。 它有许多不同的形状。 它可以是圆柱体,也可以是薄而扁平的矩形,例如iPhone中的矩形。 它还需要适当的护理和操作。 例如,如果未在适当的壁式充电器中正确充电,则可能着火或恶化,从而爆炸。 

iPhone 6中的锂离子电池
iPhone 6中的锂离子电池

锂离子可充电电池的主要特征之一是其最大容量可容纳电荷。 这是通过充满电后的电荷量来衡量的,以毫安小时为单位给出,缩写为mAh。 它不是能量的单位。 它是电荷的单位。 数字越大越好。 更多的电荷意味着更长的寿命和更长的使用时间。 可以把它想象成一桶水……容量告诉您水桶的容量。 

为了将电荷转换为能量,将电池电压乘以mAh。 大多数锂离子电池的电压约为3.8伏(请注意,这比从您的家庭插座输出的典型120伏要小得多)。 因此,如果我们使用iPhone 6电池,其容量为1,810 mAh(请参阅电池照片的底部)。 当我们将其乘以3.82伏特的电压时,我们得到的能量为6.91瓦时(缩写为Wh)。 再一次,数字越大越好。

因此,让我对此进行透视。 一加仑汽油包含34,000(是,千)瓦时。 一加仑的汽油相当于将近5,000个iPhone 6电池的能量。 因此,这里有个重点:您应该理解为什么很难使可充电电池持续很长时间。

现在,仅仅因为您有一个给定体积的水桶,并不意味着您的水桶中有那么多的水。 首先,您需要加油。 这正是“充电”对电池的作用。 它充满电荷。 电池充满电后,其电池表的读数为100%。 那是显示在智能手机屏幕右上角的小量表。 惊喜,惊喜,它被称为“燃油表”。 当您使用电池时,仪表读数会降低直到达到0%。 据推测,您的焦虑水平在达到零水平之前已经上升了很多。

好的,这是一个小秘密。 电量计的零读数并非真正为空。 这只是意味着您不能再从电池中取出电量-主要是出于安全原因。 设备中的电子系统足够智能,可以说出“停止”并关闭它。 因此,如果您将移动电池的电量减为零,也可以。 带“空”电池可能不方便,但不会损坏您的锂离子电池。 不,锂离子电池没有记忆效应。

以后再说。

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