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改造充電頭延長(zhǎng)手機(jī)電池壽命

2022-08-26 12:42 作者:西山云舞 0人讀過 | 我要投稿

起因

相信大部分朋友的手機(jī)是晚上睡前插電，方便第2天起床可以使用充滿電的手機(jī)。這個(gè)習(xí)慣有個(gè)問題，鋰離子電池在充滿/用盡時(shí)電極應(yīng)力最大（見《鋰離子電池電極的壓力和應(yīng)力研究》、《文獻(xiàn)賞析|鋰離子電池石墨電極表面應(yīng)力分析》），電池幾乎每天晚上六七個(gè)小時(shí)處于充滿狀態(tài)，此時(shí)電極微觀結(jié)構(gòu)應(yīng)力破壞導(dǎo)致容量流失速度最快。所以筆記本電腦一直插著電用，電池衰減比每天充放電衰減更快。

根據(jù)《鋰電池使用壽命折算》，降低電池放電深度（DOD）有如下好處：50~100%循環(huán)充放電，是0~100%的循環(huán)壽命的三倍，簡(jiǎn)單來說就是淺充淺放可以明顯延長(zhǎng)電池壽命。（一個(gè)循環(huán)壽命不是指充放電一次，而是充放電一個(gè)完整容量，例如50~100%充電兩次才算一次循環(huán)壽命）

而下圖展示了降低SOC（荷電狀態(tài)）對(duì)壽命的影響：每降低0.1V的充電終止電壓循環(huán)壽命延長(zhǎng)一倍，簡(jiǎn)單來說就是不充滿可以明顯延長(zhǎng)電池壽命。以上的循環(huán)壽命終止的標(biāo)準(zhǔn)是電池容量下降到70%

例如我的CC9，新的時(shí)候電池標(biāo)稱容量是4030mAh，使用一年，剩下3033mAh，余下75%容量。

過去大概4個(gè)月充電393Ah，每天消耗3Ah，第1年采用晚上滿充的方式，新電池時(shí)平均每天消耗0.8個(gè)循環(huán)左右，到4月份大概消耗了300個(gè)循環(huán)，現(xiàn)在一天不夠用，需要兩充。估計(jì)兩年就需要換電池了。

那意味著我每天消耗3Ah電量，如果新手機(jī)的時(shí)候就開始采用10~85%循環(huán)，循環(huán)壽命延長(zhǎng)大約4倍，大約4年后才會(huì)下降到75%?？梢杂玫綋Q手機(jī)，都不用更換電池。按全國(guó)10億臺(tái)手機(jī)算，每年可以減少5億塊舊電池，減少的環(huán)境壓力不可忽視。

軟件解決方案

所以，如果手機(jī)的系統(tǒng)能夠設(shè)置充電截止電量，例如充電到90%停止，那是有非常有用的一個(gè)功能，畢竟大部分人都不至于一天把電池完全用盡，但是目前我沒有發(fā)現(xiàn)任何一臺(tái)手機(jī)有這樣的功能，不過有一個(gè)APP能夠?qū)崿F(xiàn)部分功能： AccuBattery Pro，它可以設(shè)置充電到某個(gè)百分比發(fā)出聲音提示讓我們拔下充電器。使用了這個(gè)軟件后，平均每天消耗的電池壽命降到0.3循環(huán)，循環(huán)壽命延長(zhǎng)了一倍多。效果還是挺明顯。

硬件解決方案

但是軟件不能幫我拔下充電器，總要插拔充電器也挺麻煩，手機(jī)應(yīng)該以人為本，不應(yīng)該成了個(gè)祖宗。能不能不需要人操作呢？我打算改裝一個(gè)能控制充電到90%停止的充電器，跟往常一樣，晚上充電起床即用，中午休息照常補(bǔ)一次電，一天下來沒有額外工夫，完美。

作為一個(gè)以保護(hù)環(huán)境為目的的項(xiàng)目，選擇的電源適配器必須是環(huán)境友好的，這是一個(gè)符合最新6級(jí)能源效率標(biāo)準(zhǔn)的高效率5伏1安電源適配器，外殼一端是一個(gè)螺絲，這種容易拆卸的設(shè)計(jì)現(xiàn)在相當(dāng)罕見。非常適于DIY改造。品牌是NYKO，一個(gè)美國(guó)的外設(shè)品牌。

另一端的連接處是卡扣，拆卸非常方便。

線路板元件面，設(shè)計(jì)時(shí)間2015年3月26日，版本A。為了達(dá)到6級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)，沒有安裝輸入壓敏電阻VR1。2017年出廠。

輸出電容用的是低內(nèi)阻（ Low ESR）的105℃高溫電容。

電源方案用的是PN8366。在R3/R1上并聯(lián)一個(gè)可調(diào)電阻即可變更輸出電壓。

Data sheet上的原理圖。本電源在公版電路基礎(chǔ)上，做出了一些修改，取消了，L1、R7，R11增加了一個(gè)并聯(lián)的小電容。

空載功率非常低，滿足6級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)。

電源效率也滿足6級(jí)能源標(biāo)準(zhǔn)。

輸出電流超過1.2A進(jìn)入恒流狀態(tài)。利用這個(gè)特性甚至可以做一個(gè)鋰電池充電器。

修改

只需要改變適配器輸出電壓，就可以讓電池充不滿。拆掉12K的取樣電阻R1，用一個(gè)20K精密可調(diào)電阻代替。

外殼上鉆一個(gè)小孔，方便調(diào)節(jié)。小孔在插頭面，當(dāng)插上插座的時(shí)候無法調(diào)整，保證了人體安全，也防止了充電中調(diào)整電壓損壞手機(jī)。

調(diào)整到輸出4.4伏，插上CC9，充電電流可以達(dá)到1A，線補(bǔ)功能正常啟動(dòng)，電壓上升到4.61V，可以在起床前停充。

改造?效果

我的CC9充電曲線：實(shí)際SOC跟系統(tǒng)顯示電池百分比的關(guān)系。系統(tǒng)顯示90%的時(shí)候，實(shí)際上SOC是85%；系統(tǒng)顯示15%的時(shí)候，實(shí)際上SOC是11%。手機(jī)充電時(shí)發(fā)熱不明顯，應(yīng)該是用開關(guān)電池充電IC，實(shí)際的SOC曲線應(yīng)該比測(cè)試出來的結(jié)果相對(duì)平直一些。