什麼是鋰電池?

鋰電池(LithiumIonBattery,LIB)是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。鋰金屬的加工、保存、使用,對環境要求非常高。鋰離子電池中的電解液是或凝膠體與聚合物的混合物。電池的正極或負極必須具有類似海綿的物理結構,以接收或釋放鋰離子。在充電時,鋰離子從負極材料移出到電解液中,再像水進入海綿一樣地鋰離子會嵌入正極的材料孔洞之中,放電的過程則完全相反。現在3C產業常提到的鋰電池其實是鋰鈷電池,廣義的可充放鋰電池是指由一個石墨負極、一個採用鈷、錳或磷酸鐵的正極、以及一種可以運送鋰離子的電解液所構成。鋰離子電池的材料系統在已成功發展出商業化的鋰離子二次電池,可以多次充電反覆使用,這是因為鋰離子二次電池的正極與負所使用的化合物能夠容許鋰離子的進出,而不會造成材料結構發生不可逆的變化,所以能讓鋰離子在充放電過程中往返於正負極之間。

鋰電池標準電壓為3.7 V,充飽時端電壓可以到4.2 V。因能量密度高、無記憶效應且循環壽命長,如今許多3C產品都以鋰離子電池作為電源。
鋰電池的缺點為不耐過放與過充,錯誤使用除了減少電池壽命,甚至會有熱失控導致爆炸燃燒的安全性疑慮。市面上絕大部分的鋰電池都會配備保護電路,或在電池芯結構上設計防爆機制。

因為鋰離子電池的工作原理是正極和負極之間的離子運動。理論上,這種機制應該永遠有效,但隨著時間的推移,循環、高溫和老化會降低性能。所以製造商都採取保守的方法,將大多數消費品中的鋰離子電池的壽命指定為 300 到 500 次放電/充電循環。

由於鋰離子電池在受熱時會受到壓力,將電池保持在高充電電壓也是如此。電池溫度高於 30°C (86°F) 即被視為高溫,對於大多數鋰離子電池,電壓高於 4.10V/cell 即被視為高電壓。將電池暴露在高溫下並長時間處於完全充電狀態可能比多次的電池循環更容易讓電池失效。

根據<Battery University>的研究指出,如果在0°C的溫度下替電池充電至40%,一年後電池的健康度還能保有剛出廠時的98%,若是一樣在0°C的溫度下替電池充電至100%,一年後電池的健康度還能保有剛出廠時的94%。但隨著充電溫度的增加,在充到40%與100%的狀態之下,可以看到若是在60°C的狀態下充電且充到100%,只要三個月就可以讓電池的健康度剩下60%。


資料來源:Battery University

由於無線充電時是靠電磁感應的技術,通電後的磁圈會產生磁場變化,驅使電子流動產生可充電的電流,因為電流的產生一定會產生相對應的熱能,充電越快熱能產生的越高,所以無線充電器不僅僅要讓電池充的快,還要能讓電池健康度下降的比較慢,因此控制充電時的溫度就成了無線充電器最重要的一個考量點。

溫度VS充電速度:

根據充電時的溫度跟充電的速度是否有相關聯,這裡使用以下設備來進行相關的實驗:

原廠MagSafe充電器的表現如下圖表所示:

原則上Apple原廠MagSafe充電器在iPhone上:
電量方面
電量30%之內的充電時間最短,80%以上的充電時間最長,30到80%的充電部分則是每10%的充電時間接近20分鐘的表現。
溫度方面
平均約莫都是40度左右,到了80%以後會溫度下降,表示Apple在充電速度與溫度的控制上表現的最好,不會因為要快速充電而犧牲了電池與充電器的健康度。
Samsung的手機:
則可能是受限於Samsung手機對無線充電器的特性不同,在0%到10%的部份充電時間相對比較久一些,約莫需20分鐘,加上手機殼之後的充電時間,也相對不如裸機來的固定,會有忽快忽慢的狀況發生, 雖然以溫度方面來說,都大約貼近40度左右與Apple差不多,但對比Apple手機來看,表現較為一致,Apple手機在原廠充電器上的充電管理也相對做得比較好。

B牌MagSafe Compatible充電器的表現如下圖表所示:

在B牌MagSafe Compatible充電器上,可以得出在Apple手機上的表現跟Apple原廠MagSafe充電器的表現差不多。加上保護殼後,很明顯的在Samsung手機上可以一路維持每10% 20分鐘左右的充電速度,不會像apple手機在最後80%以後充電時間稍長,在溫度方面也是大約都維持40度左右,不像Apple手機80%後會有明顯的溫度下降,但因為Samsung手機在加了保護殼後一路以相同的速度充到滿電,相較於Apple在加保護殼充電這部份對於電池保護的機制可能差了一點,所以對電池的潛在威脅也可能比較大。

C牌MagSafe Compatible充電器的表現如下圖表所示:

在C牌的MagSafe Compatible充電器上,Apple手機加手機保護殼後的部份,基本上每10%的充電時間都到了將近40分鐘左右,溫度方面雖然也是在40度左右,但是在加了保護殼的之後,相對於裸機充電整體充電時間變的很慢,研判可能是因為加了保護殼的厚度之後,MagSafe充電器與apple手機間的電磁感應能力不夠強,所以充電很慢。在Samsung手機上則是加了保護殼之後比裸機充電較正常一點,充電時間都大約在每10% 20分鐘左右,在裸機充電的時候,從充電曲線可以看出充電時間相當不固定,相較於對比前面的Apple跟B牌,較大的廠牌有經過測試驗證的充電器對於手機和充電的安全性會比較有保障。

MagSafe/ MagSafe Compatible充電器的溫度量測服務

因未來在手機的連接性上可能會從傳統的以連接線充電轉向以無線充電的模式進行充電,減少進水進灰塵以利手機減少故障的機率,因此手機支援無線充電已成為手機廠商的未來發展方向,在此前提之下無線充電器的溫控以及安全且快的充電速度已成為必要的發展重點,針對MagSafe/ MagSafe Compatible/無線充電器,百佳泰規劃以下測試:

  • 相容性測試 (Compatibility Test)
  • 功能性測試 (Functionality Test)
  • 耐久性測試 (Stability Test)
  • 使用者體驗測試 (User Experience Test)
  • 競爭者分析與品質提升諮詢 (Competitive Analysis and Consulting)

除上述測試規劃之外,百佳泰能根據客戶產品的不同作客製化測試規劃,可以在產品設計的初期就參與開發與設計,協助客戶生產高品質好口碑的商品,另外百佳泰擁有最完整且豐富的相關設備,如System、Mobile Phone、USB Hub、Power Delivery Adapter等等,相信以最完整的設備及廠牌覆蓋率,有信心能為您的產品做最好的品質把關!

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