鋰電池的充電過程與自放電效應
當鋰電池開始充電,充電電流就會進入「固定電流(CC:Costant Current)調節模式(a)」,電流注入電池造成電池電壓緩慢上升(1),最後進入「固定電壓(CV:Costant Voltage)調節模式(2)」,電池慢慢充飽所以充電電流緩慢下降(b),達到預充電電流時進入「充電終止模式(3)」,代表電池已經充飽所以停止充電了!電池電壓必須掉到「重新充電電壓(4)」以下才會啟動重新充電。
當我們接上充電器的時候,手機就已經改由USB-PD直接供電,而不是經由電池供電了!整個充電的過程一直到電池充飽以後,都不會由鋰電池供電,因此在鋰電池充飽以後,也不會因為手機運作而消耗電池的電能。
但是電池有「自放電效應」,也就是即使不用也會自動慢慢放電,由於鋰電池的自放電效應很小,充飽電以後要自放電使電壓掉到「重新充電電壓」以下需要好幾天的時間,因此不可能整晚的在「99%」至「100%」之間不斷跳動。
我們睡前插上充電器,電池充電積體電路(Battery charger)就會依照圖二的模式把電池充飽,整個充電的過程一直到電池充飽以後,都不會由電池供電,所以即使2小時以後電池充飽了,充電器持續接著也不會有任何問題,隔天早上起床再把充電器拔掉就可以了!鋰電池要自放電到啟動「重新充電」需要好幾天的時間,我相信大部分的人不會一睡就是「好幾天」吧!
如果由鋰電池的化學反應與材料特性來看,過度充電會造成鋰晶枝,過度放電會傷害電極,這些都會縮短鋰電池的壽命,理論上鋰電池保持在20%至80%之間使用可以延長壽命,雖然電池充電積體電路會替我們管理電池,但是現在的智慧型手機也有提供充電到80%的設定功能,如果不需要長時間外出使用手機,直接設定充電到80%也可以,不過如果電池容量只有80%出門不夠用到沒電反而會傷害電池,總之每個人的使用情境不同,可以依照自己的需求來做調整。
圖一的下面還有兩顆積體電路,一顆是「靜電放電保護積體電路(ESD)」主要是避免我們把USB充電線接上去的瞬間產生的靜電把手機裡的晶片打壞了!另一顆是「USB-PD控制器」負責整個USB-C充電時的控制工作,因此圖中總共有4顆積體電路(IC:Integrated Circuit),由於手機的尺寸很小空間有限,現在大部分會整合成一顆泛稱為「電源管理積體電路(PMIC:Power Management Integrated Circuit)」。