关于电池的基础分析和快充的危害介绍

在手机电池容量越来越大、使用消耗也越来越大的今天，人们关注快充技术是很合理的。

在提到快充技术的时候，高压小电流和低压大电流是常常被提及的技术，但很遗憾，这些都是接口技术，与电池的快充却是无关的。

对电池的充电过程是把能量送入电池本体的过程，这些能量需要依靠电荷来携带运输，而电荷的移动就形成了电流，所以，快充一定是用大电流才能实现的。

但是很可惜，大电流充电对电池是有害的。

快充的危害

这幅图显示的是某一款锂离子电池在不同充电速率下的容量和充放电循环数量之间的关系，其中的C代表的是电池的容量，而1.0C则代表的是充电的速率。假如C=900mAh，这表示这颗电池在充满电以后可以用900mA的电流进行放电，放电时间为1小时后其电量将被耗尽，充电过程则是反过来的。用1.0C的速率对这颗电池进行充电即表示充电的电流为900mA，如果充电速率是2.0C，则充电的电流就是900mA x 2 = 1800mA。

对于这颗电池来说，假如用1.0C的速率进行充电，经过500个充放电循环以后，其容量将从初始的900mAh下降到大约780mAh，剩余容量约为初始容量的86.7%。如果我们改用2.0C的速率对这颗电池进行快速充电，经过500个循环以后，其容量只剩下大约500mAh，为初始容量的55.6%。

电池容量的降低意味着每次充满以后的使用时间会缩短，这与我们使用手机的时候需要越来越频繁地进行充电的感受是一致的，因为手机电池的容量真的变得越来越小了。电池的容量下降到一定程度时，其寿命也就到了尽头，即使它还能充电放电，但由于失去了使用价值，被舍弃是必然的结局。

上面所述的充电速率对电池寿命的影响都是在每次充电都充满的条件下得出来的，如果不是这样，其结论也就很难被量化地认识，因为那是不标准的。这样就引出来一个问题，什么叫做充满？

锂离子电池的充电策略

关于锂离子电池的充电，已被业界普遍认同的充电方法是三阶段充电策略。

当电池电压较低时，电池处于被过度放电的状态，这时候不适合进行大电流充电，我们必须用小电流对它进行预充，使其状态被调整至可以接受大电流充电的状态。判断需要进行预充电的电压阈值一般在3.0V左右，只要电池电压低于这个值，充电电流就必须很小。

等到电池电压超过预充电电压阈值以后，可以用额定的大电流（恒定的）对电池进行快速充电，这时候的电能就以比较快的速度进入电池，但这个阶段中的电池电压上升速度倒不见得会很快，因为这个阶段会经过电池电压的平台区，此时的电池电压基本上就是3.6V-3.7V左右，它会比较长时间地处于这个阶段。

恒流充电的目标是用恒定的电流对电池进行充电，所以位于电池两端的充电电压是可变的，其值等于电池理想部分的电压加上充电电流流过电池内阻形成的电压，由于电流恒定，内阻（假设它是不变的）上形成的电压是不变的，变化的是电池理想部分的电压（在充电过程中）。

恒流充电的结束发生在电池两端电压等于充电电路所设定的输出电压的时候，此后将转入恒压充电阶段。在恒压充电阶段仍有电流流入电池，但由于促使电流恒定的压力已经消失，充电电流将随着电池理想部分和充电电压的接近而越来越小，小到一定的程度时即可认为电池已经充满了，充电过程即可终止。

上述过程就是充电的三个阶段，一般情况下的充电总是会经历恒流充电和恒压充电过程，预充的出现与否则要看情况，这与实际系统的设计和使用方法有很大关系，因为只要电池电压不下降到预充阈值以下，预充过程就不会出现。

充电电压对电池寿命的影响

在上述的充电策略中，决定什么时候充满的关键因素是恒压充电的电压，它对电池的循环寿命有比充电电流更重大的影响，下图是根据与此相关的数据描绘出来的。

这还是同一款电池，它的额定充电电压是4.2V，它在此电压下经历500个充放电循环以后的容量还剩余780mAh。如果改用4.25V对它进行充电，500个循环以后的容量还剩下400mAh。如果用4.35V对它进行充电，只需要大约240个循环，它的容量就下降到了400mAh。提高充电电压的唯一好处是每次充电的时候都可以将电池的容量最大化，可以让我们在当前容量下充满电以后的使用时间长一点，但对电池容量的影响却是不好的，这直接造成其寿命的缩短。

兼顾寿命的快充方法

要想对电池进行快充，我们首先需要对电池的设计进行变革，使之可以承受高充电速率，这是未来的终极之路。在真正的变革实现以前，要想实现快充，我们可以从上述的电池特性中找到一种折衷的方法。

从充电速率和充电电压对电池寿命的影响特性上看，充电电压对寿命的影响更大。当电池寿命由于采用高速率充电而缩短了的时候，我们可以把充电的电压降低一点，换一种说法就是每次充电的时候不要充得太满，这样就可以把电池的寿命延长一点，两者对冲的结果就是充电的速度提高了而电池寿命并没有下降太多，只是每次充“满”电以后的使用时间会受到些影响，但这种单次使用时间的影响又可以被快速充电所节省的时间弥补回来。这样的思考，重点在于体验的改善，不在于具体的数据上。

如何实施？

进行大电流充电的时候，选用线性充电IC对锂离子电池进行充电通常是不明智的，因为大电流意味着高功耗，这些功耗只能转化为热使系统的工作环境恶化，也是非常不安全的，因为锂离子电池怕热（它也同时怕冷）。最佳的选择应该是开关方式工作的充电器件，它们以高转换效率将输入的电能转化为送入电池的电流，发热量可以很低。

在大多数状况下，实用的开关方式充电IC的电路架构都是Buck拓扑，它具有电流放大器的特征，容许使用较高的输入电压，而输入电流则可以大大降低，由传输线路的阻抗造成的功耗下降，可以降低对接口部分连接器的电流通过能力的要求。

Buck拓扑反过来看就是一个Boost转换器，可以用它将电池电压升高到5V并送到电源供应端口，这正好符合USB OTG应用的需求，可以扩大相应设备的应用空间。

RT9460正是这样的一款锂离子电池充电IC，其应用电路如下图所示：

RT9460的建议工作电压范围为4.3V~15V，最高容许输入电压为28V，但在16V以上输入时会自动发生过压保护以防范可能的损害。它可以根据需要设定输入电压调整范围，使之可以自动适应5V/9V/12V/16V的适配器并为它们提供限流限压保护，自动匹配其最大输出功率，实现充电速度的最大化。

RT9460的所有工作参数都是可以调整的，这样的调整命令可以通过I2C总线接口向其发送。例如，你可以在1.25A~3.125A的范围内调整充电电流，这样就可以满足各种不同规格的电池的需要，也可以在快充和慢充之间进行自由选择；你也可以在3.5V~4.62V之间对恒压充电电压进行调节，不仅可以满足充满程度调节的需要，也可以适合各种不同类型的电池，像磷酸铁锂离子电池就不需要我们常用的4.2V充电电压，3.6V就可以满足其需要了。如果应用有需要，也可以将RT9460配置为Boost工作模式对外提供5V输出，这种情况下的输出电流限制可以被设定为0.5A或1A，而输出电压实际上也可以在4.425V~5.825V之间进行任意调节。

在立锜提供的电池充电管理方案中，除了这种单一的器件以外，还有完整的充电系统解决方案，范围覆盖从交流输入端开始直至电池设备端的全部内容，这些解决方案很多是和USB Type-C接口及USB PD协议完全兼容的产品，而且已经在和手机大厂的配合中得到验证并量产，是安全又稳定的产品，请有需要的朋友和我们联络，我们可以提供一对一的全面服务。