電池知識(shí)百科全書

手機(jī)的電池和充電器是一個(gè)永恒和共同的話題,永遠(yuǎn)有爭(zhēng)論，永遠(yuǎn)有迷惑．我不求下面這篇文章能帶來什么,只是希望本人的一點(diǎn)小小工作能給大家多一份選擇和認(rèn)識(shí)．以下的討論都是針對(duì)手機(jī)電池,有些更是只針對(duì)鋰離子電池,我不想把論題擴(kuò)大,因?yàn)閬淼亩际莵碛懻撌謾C(jī)的.

為了便于閱讀,小標(biāo)題列舉如下:

１．認(rèn)識(shí)記憶效應(yīng)

２．電池需要激活嗎

３．前三次要充１２小時(shí)嗎

４．充電電池有最佳狀態(tài)嗎

５．真的是充電電流越大，充電越快嗎

６．直充標(biāo)的輸出電流就等于充電電流嗎

７．循環(huán)充放電一次就是少一次壽命嗎

８．電池容量越高越好嗎

９．充飽的電池進(jìn)行存儲(chǔ)好嗎

１０．座充的綠燈亮了以后在多充一個(gè)小時(shí)有用嗎

１１．座充充電比直充飽嗎

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１．認(rèn)識(shí)記憶效應(yīng)

電池記憶效應(yīng)是指電池的可逆失效,即電池失效后可重新回復(fù)的性能.記憶效應(yīng)是指電池長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受特定的工作循環(huán)后,自動(dòng)保持這一特定的傾向.這個(gè)最早定義在鎳鎘電池,鎳鎘的袋式電池不存在記憶效應(yīng),燒結(jié)式電池有記憶效應(yīng).而現(xiàn)在的鎳金屬氫(俗稱鎳氫)電池不受這個(gè)記憶效應(yīng)定義的約束.

因?yàn)楝F(xiàn)代鎳鎘電池工藝的改進(jìn),上述的記憶效應(yīng)已經(jīng)大幅度的降低,而另外一種現(xiàn)象替換了這個(gè)定義,就是鎳基電池的"晶格化",通常情況,鎳鎘電池受這兩種效應(yīng)的綜合影響,而鎳氫電池則只受"晶格化"記憶效應(yīng)的影響,而且影響較鎳鎘電池的為小.

在實(shí)際應(yīng)用中,消除記憶效應(yīng)的方法有嚴(yán)格的規(guī)范和一個(gè)操作流程.操作不當(dāng)會(huì)適得其反.

對(duì)于鎳鎘電池,正常的維護(hù)是定期深放電:平均每使用一個(gè)月(或30次循環(huán))進(jìn)行一次深放電(放電到1.0V/每節(jié),老外稱之為exercise),平常使用是盡量用光電池或用到關(guān)機(jī)等手段可以緩解記憶效應(yīng)的形成,但這個(gè)不是exercise,因?yàn)閮x器(如手機(jī))是不會(huì)用到1.0V/每節(jié)才關(guān)機(jī)的,必須要專門的設(shè)備或線路來完成這項(xiàng)工作,幸好許多鎳氫電池的充電器都帶有這個(gè)功能.

對(duì)于長(zhǎng)期沒有進(jìn)行exercise的鎳鎘電池,會(huì)因?yàn)橛洃浶?yīng)的累計(jì),無法用exercise進(jìn)行容量回復(fù),這時(shí)則需要更深的放電(老外稱recondiTIon),這是一種用很小的電流長(zhǎng)時(shí)間對(duì)電池放電到0.4V每節(jié)的一個(gè)過程,需要專業(yè)的設(shè)備進(jìn)行.

對(duì)于鎳氫電池,exercise進(jìn)行的頻率大概每三個(gè)月一次即可有效的緩解記憶效應(yīng).因?yàn)殒嚉潆姵氐难h(huán)壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鎳鎘電池,幾乎用不到recondiTIon這個(gè)方法.

▲建議1:每次充電以前對(duì)電池放電是沒有必要,而且是有害的,因?yàn)殡姵氐氖褂脡勖鼰o謂的減短了.

▲建議2:用一個(gè)電阻接電池的正負(fù)極進(jìn)行放電是不可取的,電流沒法控制,容易過放到0V,甚至導(dǎo)致串聯(lián)電池組的電池極性反轉(zhuǎn).

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２．電池需要激活嗎

回答是電池需要激活,但這不是用戶的要做的事.我參觀過鋰離子電池的生產(chǎn)廠,鋰離子電池在出廠以前要經(jīng)過如下過程:

鋰離子電池殼灌輸電解液---封口----化成,就是恒壓充電,然后放電,如此進(jìn)行幾個(gè)循環(huán),使電極充分浸潤(rùn)電解液,充分活化,以容量達(dá)到要求為止,這個(gè)就是激活過程---分容,就是測(cè)試電池的容量選取不同性能(容量)的電池進(jìn)行歸類,劃分電池的等級(jí),進(jìn)行容量匹配等.這樣出來的鋰離子電池到用戶手上已經(jīng)是激活過的了.我們大家常用的鎳鎘電池和鎳氫電池也是如此化成激活以后才出廠的.其中有些電池的激活過程需要電池處于開口狀態(tài),激活以后再封口,這個(gè)工序也只可能有電芯生產(chǎn)廠家來完成了.

這里存在一個(gè)問題,就是電池廠出廠的電池到用戶手上,這個(gè)時(shí)間有時(shí)會(huì)很長(zhǎng),短則1個(gè)月,長(zhǎng)則半年,這個(gè)時(shí)候,因?yàn)殡姵仉姌O材料會(huì)鈍化,所以廠家建議初次使用的電池最好進(jìn)行3~5次完全充放過程,以便消除電極材料的鈍化,達(dá)到最大容量.

在2001年頒布的三個(gè)關(guān)于鎳氫.鎳鎘和鋰離子電池的國(guó)標(biāo)中,其初始容量的檢測(cè)均有明確規(guī)定,對(duì)電池可以進(jìn)行5次深充深放,當(dāng)有一次符合規(guī)定時(shí),試驗(yàn)即可停止.這很好的解釋了我說的這個(gè)現(xiàn)象.

★那么稱之為"第二次激活"也是可以的,用戶初次使用的"新"電池盡量進(jìn)行幾次深充放循環(huán).

●然而據(jù)我的測(cè)試(針對(duì)鋰離子電池),存儲(chǔ)期在1~3個(gè)月之內(nèi)的鋰離子電池,對(duì)它進(jìn)行深充深放的循環(huán)處理,其容量提高現(xiàn)象幾乎不存在.(我在專題討論區(qū)有關(guān)于電池激活的測(cè)試報(bào)告)

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３．前三次要充１２小時(shí)嗎

這個(gè)問題是緊扣上面的電池激活問題的,姑且設(shè)出廠的電池到用戶手上有電極鈍化現(xiàn)象,為了激活電池進(jìn)行深充深放電循環(huán)3次.其實(shí)這個(gè)問題轉(zhuǎn)化為深充是不是就是要充12個(gè)小時(shí)的問題.那么我的另一片文章"論手機(jī)電池的充電時(shí)間"已經(jīng)回答了這個(gè)問題.

★★★答案是不需要充１２小時(shí).

早期的手機(jī)鎳氫電池因?yàn)樾枰a(bǔ)充和涓流充電過程,要達(dá)到最完美的充飽狀態(tài),可能需要5個(gè)小時(shí)左右,但是也是不需要12個(gè)小時(shí)的.而鋰離子電池的恒流恒壓充電特性更是決定了它的深充電時(shí)間無需12個(gè)小時(shí).

對(duì)于鋰離子電池有人會(huì)問,既然恒壓階段鋰離子電池的電流逐漸減小,是不是當(dāng)電流小到無窮小的時(shí)候才是真正的深充.我曾經(jīng)畫出恒壓階段電流減小對(duì)時(shí)間的曲線,對(duì)它進(jìn)行多次曲線擬合,發(fā)現(xiàn)這個(gè)曲線可以用1/x的函數(shù)方式接近與零電流,實(shí)際測(cè)試時(shí)因?yàn)殇囯x子電池本身存在的自放電現(xiàn)象,這個(gè)零電流是永遠(yuǎn)不可能到達(dá)的.

以600mAh的電池為例,設(shè)置截至電流為0.01C(即6mA),它的1C充電時(shí)間不超過150分鐘,那么設(shè)置截至電流為0.001C(即0.6mA),它的充電時(shí)間可能為10小時(shí)---這個(gè)因?yàn)閮x器精度的問題,已經(jīng)無法精確獲得,但是從0.01C到0.001C獲的容量經(jīng)計(jì)算僅為1.7mAh,以多用的7個(gè)多小時(shí)來換取這僅僅的千分之三不到的容量是沒有任何實(shí)際意義的.

何況,還有其它的充電方式,比如脈沖充電方式使鋰離子電池來達(dá)到4.2V的限制電壓,它根本沒有截止最小電流判斷階段,一般150分鐘后它就是100%充飽了.許多手機(jī)都是用脈沖充電方式的．

有人曾經(jīng)用手機(jī)顯示充飽后,再用座充進(jìn)行充電來確認(rèn)手機(jī)的充飽程度,這個(gè)測(cè)試方法欠嚴(yán)謹(jǐn).

首先座充顯示綠燈不是檢測(cè)真正充飽與否的一個(gè)依據(jù).

★★檢測(cè)鋰離子電池充飽與否的唯一最終的方法就是測(cè)試在不充電(也不放電)狀態(tài)時(shí)的鋰離子電池的電壓.

所謂恒壓階段電流減小其真正的目的就是逐漸減小在電池內(nèi)阻上因充電電流而產(chǎn)生的附加電壓,當(dāng)電流小到0.01C,比如6mA,這個(gè)電流乘與電池內(nèi)阻(一般在200毫歐之內(nèi))僅為1mV,可以認(rèn)為這時(shí)的電壓就是無電流狀態(tài)的電池電壓.

其次,手機(jī)的基準(zhǔn)電壓不一定等于座充的基準(zhǔn)電壓,手機(jī)認(rèn)為充飽的電池到了座充上,座充卻不認(rèn)為已經(jīng)充飽,卻繼續(xù)進(jìn)行充電.

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４．充電電池有最佳狀態(tài)嗎

有一種說法就是，充電電池使用得當(dāng)，會(huì)在某一段循環(huán)范圍出現(xiàn)最佳的狀態(tài)，就是容量最大．這個(gè)要分情況，密封的鎳氫電池和鎳鎘電池，如果使用得當(dāng)（比如定期的維護(hù)，防止記憶效應(yīng)的產(chǎn)生和累計(jì)），一般會(huì)在１００～２００個(gè)循環(huán)處達(dá)到其容量的最大值，比如出廠容量為1000mAh的鎳氫電池用了120次循環(huán)后,其容量有可能達(dá)到1100mAh．幾乎所有的日本鎳氫電池生產(chǎn)商的技術(shù)規(guī)格書中描述鎳基電池的循環(huán)特性的圖上我都能看到這樣的描述．

★鎳基電池有最佳狀態(tài),一般在100~200循環(huán)次數(shù)之間達(dá)到其最大容量

對(duì)于液態(tài)鋰離子電池，卻根本不存在這樣一個(gè)循環(huán)容量的駝峰現(xiàn)象，從鋰離子電池出廠到最終電池報(bào)廢為止，其容量的表現(xiàn)就是用一次少一次．我在對(duì)鋰離子電池做循環(huán)性能的時(shí)候也從來沒有看到過有容量回升的跡象．

★鋰離子電池沒有最佳狀態(tài).

值得一提的是,鋰離子電池更容易受環(huán)境溫度的變化而表現(xiàn)不同的性能,在25~40度的環(huán)境溫度會(huì)表現(xiàn)其最好性能,而低溫或高溫狀態(tài),他的性能就大打折扣了.要使你的鋰離子電池充分展現(xiàn)它的容量,一定要細(xì)心的注意使用環(huán)境,防止高低溫現(xiàn)象,比如手機(jī)放在汽車的前臺(tái)上,中午的太陽直射很容易就可以使其超過60度,北方的用戶的電池待機(jī)時(shí)間,同等網(wǎng)絡(luò)情況下,就沒有南方的用戶長(zhǎng)了.

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５．真的是充電電流越大，充電越快嗎

"論手機(jī)電池的充電時(shí)間"一文中已經(jīng)講了這個(gè)問題,對(duì)于恒流充電的鎳基電池,可以這么說,而對(duì)應(yīng)鋰離子電池,這個(gè)是不完全正確的。

★★對(duì)于鋰離子電池的充電，在一定電流范圍內(nèi)(1.5C~0.5C),提高恒流恒壓充電方式的恒流電流值,并不能縮短充飽鋰離子電池的時(shí)間.

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６．直充標(biāo)的輸出電流就等于充電電流嗎

這就要討論手機(jī)的充電方式了,對(duì)于充電管理在手機(jī)里面的,設(shè)定同樣一個(gè)直充(實(shí)際應(yīng)稱為電源適配器)的輸出如:5.3V600mA

A.充電管理是開關(guān)方式(高頻脈寬調(diào)整pWM方式),這個(gè)充電方式,手機(jī)并沒有完全利用直充的輸出能力,直充工作在恒壓段,輸出5.3V,此時(shí)真正的充電電流由手機(jī)的充電管理進(jìn)行調(diào)整,而且肯定要小于600mA,一般在300~400mA.這個(gè)時(shí)候,大家看到的直充的輸出電流就不是手機(jī)的充電電流.比如motorola的許多直充其輸出為5.0V1A,真正對(duì)電池充電的也就用到了500mA足矣,因?yàn)槭謾C(jī)的電池容量也不過580mAh.

★這時(shí)直充上標(biāo)的輸出電流就不等于實(shí)際充電電流

B.充電管理為脈沖方式的,這個(gè)充電方式,手機(jī)完全利用了直充的限流電流,就是用了600mA在電池上,這個(gè)時(shí)候,直充的輸出電流就是充電電流了.

當(dāng)然以上的都是指在鋰離子電池的恒流階段或鎳氫電池的充電而言.

如果手機(jī)沒有充電管理,把充電的管理移到了直充上,比如許多的CDMA手機(jī)都是如此,這個(gè)就沒什么好說的,它的輸出寫的很明白,比如輸出:4.2V500mA,這個(gè)就是鋰離子電池恒流恒壓兩個(gè)數(shù)據(jù)了

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７．循環(huán)充放電一次就是少一次壽命嗎

循環(huán)就是使用,我們是在使用電池,關(guān)心的是使用的時(shí)間,為了衡量充電電池的到底可以使用多長(zhǎng)時(shí)間這樣一個(gè)性能,就規(guī)定了循環(huán)次數(shù)的定義.實(shí)際的用戶使用千變?nèi)f化,因?yàn)闂l件不同的試驗(yàn)是沒有可比性的,要有比較就必須規(guī)范循環(huán)壽命的定義.

國(guó)標(biāo)如是規(guī)定鋰離子電池的循環(huán)壽命測(cè)試條件及要求:在25度室溫條件下以恒流恒壓方式1C的充電制度充電150分鐘,以恒流1C的放電制度放電到2.75V截止為一次循環(huán).當(dāng)有一次放電時(shí)間小于36分鐘時(shí)試驗(yàn)結(jié)束,循環(huán)次數(shù)必須大于300次.

解釋:

A.這個(gè)定義規(guī)定了循環(huán)壽命的測(cè)試是以深充深放方式進(jìn)行的

B.規(guī)定了循環(huán)壽命按照這個(gè)模式執(zhí)行后必須超過300次以后容量仍然有60%以上

實(shí)際上,不同的循環(huán)制度得到的循環(huán)次數(shù)是截然不同的,比如以上其它的條件不變,僅僅把4.2V的恒壓電壓改為4.1V的恒壓電壓對(duì)同一個(gè)型號(hào)的電池進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試,這樣這個(gè)電池就已經(jīng)不是深充方式了,最后測(cè)試得到循環(huán)壽命次數(shù)可以提高近60%.那么如果把截止電壓提高到3.9V進(jìn)行測(cè)試,其循環(huán)次數(shù)應(yīng)該可以增加數(shù)倍.

這個(gè)關(guān)于循環(huán)一次就少一次壽命的說法已經(jīng)有許多友人進(jìn)行了討論,我只是補(bǔ)充說明一下而已,大家在談?wù)撗h(huán)次數(shù)的時(shí)候不能忽視循環(huán)的條件,

●拋開規(guī)則談?wù)撗h(huán)次數(shù)是沒有任何意義的,因?yàn)檠h(huán)次數(shù)是檢測(cè)電池壽命的手段,而不是目的!

▲誤區(qū):許多人喜歡把手機(jī)鋰離子電池用到自動(dòng)關(guān)機(jī)再充電.這個(gè)完全沒有必要.

實(shí)際上,用戶不可能按照國(guó)標(biāo)測(cè)試模式對(duì)電池進(jìn)行使用,沒有一個(gè)手機(jī)會(huì)在2.75V才關(guān)機(jī),而其放電模式也不是大電流恒流放電,而是GSM的脈沖放電和平時(shí)的小電流放電混合的方式.

有另外一種關(guān)于循環(huán)壽命的衡量方法,就是時(shí)間.有專家提出一般民用的鋰離子電池的壽命是2~3年,結(jié)合實(shí)際的情況,比如以60%的容量為壽命的終止,加上鋰離子電池的時(shí)效作用(參考第９點(diǎn)),用時(shí)間來表述循環(huán)壽命我認(rèn)為更為合理.

鉛蓄電池的充電機(jī)理就類似與鋰離子電池,是限流限壓方式,使用的方式就是淺充淺放,他的壽命表述就是時(shí)間,沒有次數(shù),比如10年.

★★★所以,對(duì)于鋰離子電池,沒有必要用到關(guān)機(jī)再充電,鋰離子電池本來就適合用隨時(shí)充電的方式進(jìn)行使用,這也是他針對(duì)鎳氫電池的最大優(yōu)勢(shì)之一,請(qǐng)大家善加利用這個(gè)特性.

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８．電池容量越高越好嗎

不同型號(hào)(特別是不同體積)的電池,他的容量越高,提供使用的時(shí)間越長(zhǎng).拋開體積和重量的因素,當(dāng)然容量越高越好.

但是同樣的電池型號(hào),標(biāo)稱容量(比如600mAh)也相同,實(shí)際測(cè)的初始容量不同:比如一個(gè)為660mAh,另一個(gè)是605mAh,那么660mAh的就比605mAh的好嗎.

實(shí)際情況可能是容量高的是因?yàn)殡姌O材料中多了增加初始容量的東西,而減少了電極穩(wěn)定用的東西,其結(jié)果就是循環(huán)使用幾十次以后,容量高的電池迅速容量衰竭,而容量低的電池卻依然堅(jiān)挺.許多國(guó)內(nèi)的電芯廠家往往以這個(gè)方式來獲得高容量的電池.而用戶使用半年以后待機(jī)時(shí)間卻是差得一塌糊涂.

民用的那些AA鎳氫電池(就是五號(hào)電池),一般是1400mAh,卻也有標(biāo)超高容量的(1600mAh),道理也是一樣.

★提高容量的代價(jià)就是犧牲循環(huán)壽命,廠家不在電池材料的改性上下文章,是不可能真正"提高"電池容量的.

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９．充飽的電池進(jìn)行存儲(chǔ)好嗎

鋰離子電池有一個(gè)特性非常不好,就是鋰離子電池的時(shí)效(或稱老化,老外稱為aging),就是鋰離子電池在存儲(chǔ)一段時(shí)間后,即使不進(jìn)行循環(huán)使用,其部分容量也會(huì)永久的喪失,這是因?yàn)殇囯x子電池的正負(fù)極材料從一出廠就已經(jīng)開始了它的衰竭歷程.不同的溫度和電池充飽狀態(tài),其時(shí)效后果不同,以下數(shù)據(jù)摘自參考文獻(xiàn)[1],以容量的百分比形式列出:

存儲(chǔ)溫度--40%充電狀態(tài)-------100%充電狀態(tài)

0度-------98%(一年以后)-----94%(一年以后)

25度------96%(一年以后)-----80%(一年以后)

40度------85%(一年以后)-----65%(一年以后)

60度------75%(一年以后)-----60%(3個(gè)月以后)

由此可見,存儲(chǔ)溫度越高和電池充的越飽,其容量損失就越厲害.所以不推薦長(zhǎng)期的保存鋰離子電池,反之,廠家應(yīng)該象對(duì)待腐爛的食物一樣將其回收.用戶要密切留意電池的生產(chǎn)日期.

★如果用戶手中有閑置的電池,那么專家推薦的存儲(chǔ)條件為充電水平是40%,存儲(chǔ)溫度低于15度或更低.

而鎳氫電池和鎳鎘電池則幾乎不受這個(gè)時(shí)效作用,長(zhǎng)期存儲(chǔ)的鎳基電池在進(jìn)行幾個(gè)深充深放以后就可以恢復(fù)其原始容量了.

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１０．座充的綠燈亮了以后在多充一個(gè)小時(shí)有用嗎

綠燈只是一個(gè)指示,真正充飽與否在于座充對(duì)電池充電過程的控制和判斷.以4.2V的鋰離子電池為例討論這個(gè)問題.

首先是控制,控制對(duì)電池的輸出是先恒流,后恒壓(電流逐漸減小).

然后是判斷,判斷電流小于某個(gè)電流值時(shí),顯示綠燈,因?yàn)槟?shù)轉(zhuǎn)換的精度和本身的電壓精度是受限制的,座充通常設(shè)定這個(gè)電流值為50mA,此時(shí)顯示綠燈,那么電池確實(shí)離它真正的充飽還有10%不到(據(jù)我所測(cè),現(xiàn)在的鋰離子電池以50mA截止充電的話,其容量已經(jīng)可以達(dá)到95%,充電接受能力大大提高).現(xiàn)在的問題是座充接下去在干什么:

A.如果接下去,座充徹底關(guān)斷充電回路,沒有繼續(xù)進(jìn)行恒壓充電,那么在座充上再放置10個(gè)小時(shí)也是于事無補(bǔ).許多的座充設(shè)計(jì)方案就是這樣的,比如TI(德州儀器)的BQ2057系列充電芯片,linear(凌特)的LT1800系列都是如此.

B.座充繼續(xù)進(jìn)行恒壓充電,并嚴(yán)格控制電壓不超出4.2V,無疑再多充一個(gè)小時(shí),確實(shí)可以增加電池的容量.

C.座充繼續(xù)充電,但是它的電流控制很糟糕,不小心就使電池超出了4.2V,而且繼續(xù)往上跑.因?yàn)殇囯x子電池不能吸收任何過充.持續(xù)對(duì)電池施加電流,就會(huì)造成這個(gè)后果,那么過充就發(fā)生了.這個(gè)當(dāng)然是設(shè)計(jì)不好的座充,比如常見的即可充鋰電池.

D.還有一種充電管理芯片,比如maxim(美信)的1679芯片,與許多手機(jī)充電管理相同,它采用脈沖方式充電,它在顯示綠燈的時(shí)候,就是鋰離子電池已經(jīng)100%充飽了,當(dāng)然再放置一個(gè)小時(shí),它也不會(huì)過充,顯然又是在做無用功.

用戶實(shí)際上不知道綠燈亮了以后座充到底在干什么,A或B或D,都有可能,座充說明書不寫這些東西的.排除不合格的座充,我們其實(shí)應(yīng)該相信合格和原裝的座充,綠燈亮著的話,為什么不取下來用呢?這對(duì)用戶實(shí)際沒有什么太大的影響,充的不飽又不影響循環(huán)壽命(如上第７點(diǎn)所述),95%的容量也是可以接受的.除非有愛好者能深入分析自己的座充到底是以那種方式的在充電,否則我們不妨------

★亮綠燈后就取下來用.

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１１．座充充電比直充飽嗎

看完了前面的婆婆他*的話,這個(gè)問題就是最好回答的了,問題的實(shí)質(zhì)就是充電方式的區(qū)別.

★不存在座充一定比直充充的飽的說法,也不存在直充一定比座充充的飽的說法.重要的是它們的充電方式是不是能最快最大的充飽電池.