它的能量,它的脾气,难以驾驭。
它可以像一条小溪,涓涓而流,也可以像一个火山,让你直面末日的惊惧。
听到手机爆炸,大家都认为是电池在搞事情,可见聚合物锂离子电池的恶名是如此深入人心,堪比好莱坞的灭霸。又像山中的猛虎,让你睡觉都睡不踏实。
那么锂离子电池为什么爆炸?

拆开一片锂离子电池看看,可谓自带烧烤套餐,集成了燃烧三要素的全部内容:
- 高温:可由内短路、外短路、大倍率充放电引发;
- 可燃物:金属锂(析锂产生,空气中即可燃烧)、电解液、隔膜、充了电的负极极片(LiC6,很活泼)等;
- 氧气:正极材料高温或高电压下不稳定,分解产氧。
除了内部的技术构造,人造的材料你以为有多可靠?市场上最不缺利欲熏心的人!
扯远了,因为天生就不安分,安全是锂离子电池绕不开的话题,锂离子电池的设计内核之一就是围绕安全而设计。
除了安全,用户也希望手机充电足够快,否则容易耽误事。
那么如何实现又快又安全的充电呢?
充电曲线(Charging Profile)是锂离子电池充电的重要信息,它描述并限定了充电时,电池的电压和电流该如何变化,相当于电池的使用说明书。
根据充电曲线来充电,可以降低(并非100%避免)充电过程中电池过压、过温、过流的概率,而上述这些状况都可能永久损坏电池或使电池容量降低(电池不耐用了)。
充电曲线就像少林寺的易筋经,不仅能化腐朽为神奇,将平庸的内力变为上乘。更重要的是其心法正宗,强调“心无所住”,从而消除了走火入魔的风险。游坦之修炼易筋经后能迅速成为高手而不受害,也侧面体现了其安全性。方证大师以易筋经为令狐冲化解异种真气,更显其调和、中正的特性。
充电曲线以时间的维度可分为涓流、预充、CC、CV。

涓流充电
涓流充电(Trickle charge),一般来说仅在电池严重过放(死电)时才有。在这种情况下,电池保护板上的保护IC由于电池深度放电而保护,通路关断。涓流充电能够触发保护IC的MOS开启,重新打通充电通路。
涓流,涓流,顾名思义,像小溪一样的电流,小的可怜,就像给电池喝稀饭。那么为什么电流不充的大些,其实这是电池特性决定的,电池自始至终都是主角,过放的电池不允许大电流充电。
此时手机软件并未启动,是硬件(充电IC)的行为。以MTK平台的充电芯片为例,插入充电器后,其充电IC检测到电池电压小于2.25V,则开始涓流充电,并且充电电流是固定的50mA,不可调整。
需要说明的是,网上把显示100%后,继续充一段时间的充电行为称为涓流充电是不妥的,它属于恒压(CV)充电的一部分,不是涓流充电。
预充电
预充电,Pre-charge。当电池在涓流充电阶段充起来,电池电压达到2V以上,预充电就开始了,充电电流可以通过寄存器配置。此时开机阶段处于Pre_loader,可通过I2C对charge IC进行配置。
预充电的目的是以小电流对电池进行安全充电,直到其电压达到更高水平,迎接CC阶段。
在手机项目中,通常把预充电分成两部分:预充电阶段1和预充电阶段2。
- 阶段1:电池电压低于3V时,充电电流250mA左右,确保电池安全。
- 阶段2:电池电压大于3V,但低于3.6V时,锂离子的活性已经激活,充电电流提高到1.5A,就像冲刺前的热身。
恒流充电
恒流充电,Constant current(CC),当预充电阶段的电池电压达到相关门限后,就进入CC快充状态了。
恒流,你换个角度看也有限流的意思,像被套上了缰绳的飞奔之马,又快又受控。
时来天地皆同力,这个阶段才是充电芯片发力的阶段,充电速度像打了鸡血一样。
按照预先配置好的充电电流为电池充电。该电流与电池倍率、温度、手机亮灭屏等因素都有关,高倍率的电池、较适宜的温度、灭屏,可以配置为较高的充电电流。
恒压充电
恒压充电,Constant voltage(CV),当电池电压达到电池额定电压的时候,充电器就要从恒流(CC)模式切入恒压(CV)模式,充电电流也逐渐下降。
需要确保充电IC的CV电压精度很高(通常为±0.5%精度),如果CV电压精度不够,一定要设定留有余量的CV值,否则CV电压过大,易导致电池的过充,而过充是非常危险的,像老司机踩油门踩过了头。
手机充电IC的CV电压通常为4.45V,这也是由电池决定的。

CV后期,充电电流逐渐减小,减小到设定的截止电流(通常为C/10)时,便会截止(termination)。有的充电芯片会加上一个保险:设定一个定时器(safety timer ),如果因某种因素,CV老是不截止,safety timer便会在定时时间到后出面去截止。
至此,完成了整个充电过程。
冰山之一角
任谁都不希望自己买的手机,适时变成炸弹。电池爆炸不仅与电池材料相关,也与充电的设计息息相关。
网络上手机爆炸的新闻不鲜见,此事绝非对厂商的故意抹黑。曾看到过大量的售后案例,多得像夏天的蚊子,是毋庸置疑真实发生的。
但讽刺是,有的厂商诉诸公关的动力强于提升产品质量。闹大的事情就搅浑,把风波强压下去;没有闹起来的事情就各种安抚。大事化小,小事化了,所以你能在网上看到的爆炸案例只是冰山一角。
公司文化里,“会做人”比“会技术”升得快;技术经理对质量缺乏认知,天天搞些虚头巴脑的汇报,喜欢噱头,好大喜功,并非沉淀下来做技术;老员工流失导致经验断层;质量管控更像纸老虎。总之,比技术更缺的是责任心!