移動(dòng)電源容量的分析

羅敏

摘要

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，移動(dòng)電源已成為智能手機(jī)用戶的必備。利用電工學(xué)知識(shí)可直觀清晰的理解移動(dòng)電源的工作原理特別是困擾我們的移動(dòng)電源不耐充問題，該實(shí)例可用于電工電子技術(shù)理論教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)電源 額定容量 輸出容量 轉(zhuǎn)化率

1 引言

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，伴隨著4G技術(shù)的推廣，智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備的功能日趨強(qiáng)大和豐富，截至2016年12月，中國手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)6.95億，網(wǎng)民手機(jī)上網(wǎng)比例在高基數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步攀升。人們每天捧著手機(jī)上網(wǎng)、發(fā)微信、玩游戲、看視頻的時(shí)間越來越多，手機(jī)已經(jīng)成為人類的“新器官”，大學(xué)生尤為如此，每隔幾分鐘就刷刷微博、朋友圈，這也造成了“課堂玩手機(jī)”這一國際大難題。智能手機(jī)電池不夠用成為用戶共識(shí)，移動(dòng)電源己成為現(xiàn)今必不可少的數(shù)碼配件。2017年在共享經(jīng)濟(jì)的熱潮下，共享充電寶領(lǐng)域更被推上了風(fēng)口浪尖。

大家常常會(huì)有這樣的疑問，lOOOOmAh的移動(dòng)電源給3000mAh的手機(jī)充電，往往充兩次就沒電了，移動(dòng)電源為什么不耐充？這里，我們?cè)囍耙远竟ザ尽?，用電工知識(shí)來分析這個(gè)問題。

2 移動(dòng)電源簡(jiǎn)介

2.1 移動(dòng)電源的概念

移動(dòng)電源（Mobile Power Pack，MPP）也

叫充電寶，是一種兼具供電和充電功能的便攜式充電器，可以給手機(jī)、平板電腦等數(shù)碼設(shè)備隨時(shí)隨地充電，以提高這些設(shè)備的續(xù)航能力。移動(dòng)電源由大容量電池作為電量?jī)?chǔ)備單元，一般通過USB接口輸出電能，使用方便快捷。

2.2 移動(dòng)電源的工作原理

移動(dòng)電源通常采用USB接口進(jìn)行充放電，基于USB接口規(guī)范的要求，輸入輸出電壓應(yīng)在5+/-0.25V的范圍內(nèi)。將移動(dòng)電源連接到5V的USB電腦接口或USB充電器上，通過其內(nèi)部充電管理系統(tǒng)即可給其充電，移動(dòng)電源的儲(chǔ)電介質(zhì)一般采用鋰電電芯，充電管理系統(tǒng)能根

據(jù)鋰電的電壓，自動(dòng)調(diào)節(jié)充電電流。移動(dòng)電源在給其他設(shè)備充電的過程即移動(dòng)電源的放電過程，鋰電電芯標(biāo)準(zhǔn)電壓3.6+/-0.1V，放電時(shí)須要將額定電壓3.6+/-0.1V通過升壓系統(tǒng)提升到5V，再通過USB輸出。

3 移動(dòng)電源的容量分析

移動(dòng)電源谷量的大小往往是我們選擇移動(dòng)電源的首要指標(biāo)。以小米NDY-02-AD為例，如圖2所示，其額定容量標(biāo)識(shí)為3.6V/10400mAh（37.44Wh）。

3.1 移動(dòng)電源容量mA·h與W·h

3.1.1 電池容量mA·h

根據(jù)電流的定義，單位時(shí)間內(nèi)里通過導(dǎo)體任一橫截面的電量叫做電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱電流。

I=Q/t，可知Q=It（電量=電流A或mA×?xí)r間h），因此電池容量單位A·h或mA·h，

1000mA·h=lA·h=lA·3600s=3600C。我們看到的醒目標(biāo)識(shí)單位為mA·h的移動(dòng)電源、電池的容量均指電量，單位A·h或mA·h和C之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。

3.1.2 電池容量W·h

根據(jù)之前分析可知，Q=It，mA·h只能說明電池內(nèi)部能夠容納多少電荷量。而由W=Pt（電功=電功率W或kW×?xí)r間h），即容量單位W·h或kW·h，lkW·h=3.6×l06W·s=3.6×l06J，表示電池能夠做多少功。我們看到的單位為W·h的移動(dòng)電源、電池的容量指電能，電場(chǎng)力所做的功，單位W·h或kW·h和J之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。

3.1.3 mA·h和W·h的關(guān)系和換算

根據(jù)電功率定義P=UI（電功率=電壓x電流），可得W=UIt=UQ。

W·h是和電壓、電流、時(shí)間成正比關(guān)系的量。而mA·h通常作為電池充、放電的指標(biāo)，它是和電流、時(shí)間成正比關(guān)系的量。想要將兩者聯(lián)系起來，就必須知道m(xù)A·h和W·h之間的橋梁：電壓。

可以用換算式把兩個(gè)值聯(lián)系起來：W·h=mA·h/lOOO×電壓（V）。以小米NDY-02-AD為例，內(nèi)置電芯恒定電壓U=3.6V，電量Q=10400mAh，W=3.6V×l0400mA·h=37.44W·h。與銘牌數(shù)據(jù)一致。

3.2 額定容量與輸出容量

依舊以小米NDY-02-AD為例，銘牌數(shù)據(jù)10400mAh是該移動(dòng)電源電芯的額定容量，該數(shù)值必須對(duì)應(yīng)相關(guān)聯(lián)的額定電壓3.6V，這樣的電壓是無法給其他設(shè)備充電的，必須經(jīng)過升壓才能實(shí)現(xiàn)充電功能。基于USB接口輸出電壓應(yīng)在5+/-0.25V，在此范圍內(nèi)考慮到線損，適當(dāng)?shù)奶岣咻敵鲭妷褐?，可以提高移?dòng)電源的兼容性和充電效率，縮短充電時(shí)間，這也與銘牌數(shù)據(jù)輸出電壓5.IV相符。

移動(dòng)電源轉(zhuǎn)換效率=（輸出電壓x輸出容量）/（電芯額定電壓x電芯額定容量）

根據(jù)轉(zhuǎn)化率算法，小米NDY-02-AD即使在無損耗的情況下（轉(zhuǎn)換效率100%），其輸出容量=電芯額定電壓×電芯額定容量×轉(zhuǎn)換效率/輸出電壓=3.6V×l0400mAh×l00%/5.1V=7341mAh。

實(shí)際情況下，升壓就會(huì)產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)換過程，從而形成損耗，轉(zhuǎn)換效率為100%的理想狀態(tài)是不存在的，它與升壓系統(tǒng)和輸出電流有關(guān)。一般移動(dòng)電源的轉(zhuǎn)換率在75%?85%左右，以轉(zhuǎn)換率為85%計(jì)算，小米NDY-02-AD的輸出容量=7341mAh×85%=6240mAh。

在升壓系統(tǒng)確定的情況下，當(dāng)輸出電流越大則相應(yīng)的損耗越大，同一移動(dòng)電源同一輸出端口在不同的輸出電流下，也會(huì)產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)換效率。

小米全新的標(biāo)注方式標(biāo)注了電芯額定容量即電池能量的同時(shí)，還提供了5.1V1A輸出條件下轉(zhuǎn)換率>90%情況下的容量，例如2016年生產(chǎn)的小米PLM02ZM，如圖4所示。

以轉(zhuǎn)化率為90%計(jì)算，輸出容量=電芯額定電壓×電芯額定容量×轉(zhuǎn)換效率/輸出電壓=3.85V×l0000mAh×90%/5.1V≈6794mAh，與銘牌數(shù)據(jù)相符。

小米PLM02ZM與小米NDY-02-AD相比，除了增加了5.1V 1A輸出條件下轉(zhuǎn)換率>90%情況下的容量標(biāo)識(shí)，其輸出DC5.lv2.4A 9V/12V 15W MAX是快充標(biāo)識(shí)。

3.3 電池容量實(shí)測(cè)

在沒有專業(yè)設(shè)備工具的情況下，僅用我們的手機(jī)和移動(dòng)電源也可大致測(cè)試出移動(dòng)電源的實(shí)際容量。

第一步，記錄移動(dòng)電源額定容量，如小米NDY-02-AD，額定容量為3.6V/10400mAh（37.44Wh）。

第二步，將移動(dòng)電源充滿電。

第三步，記錄手機(jī)電池容量，如小米6手機(jī)電池容量為3350mAh。

第四步，用移動(dòng)電源對(duì)手機(jī)充電。手機(jī)用到自動(dòng)關(guān)機(jī)，然后用滿電的移動(dòng)電源對(duì)手機(jī)進(jìn)行充電至100%，然后把手機(jī)的電量耗盡，循環(huán)反復(fù)，直到移動(dòng)電源停止電流輸出為止。記錄充滿電的移動(dòng)電源可以充手機(jī)次數(shù)。最后一次未能充滿，記錄下移動(dòng)電源電量全部耗盡情況下，手機(jī)當(dāng)前的電量，折算次數(shù)。

第五步，計(jì)算移動(dòng)電源的實(shí)測(cè)容量。

這里，移動(dòng)電源的實(shí)測(cè)容量即實(shí)際放電容量，我們可以按照：移動(dòng)電源實(shí)測(cè)容量=手機(jī)容量×充電次數(shù)，大致計(jì)算出移動(dòng)電源的實(shí)際容量。

以移動(dòng)電源小米NDY-02-AD給小米6手機(jī)充電為例，理想狀態(tài)下即轉(zhuǎn)換率為100%時(shí)，輸出容量=3.6V×10400mAh×l00%/5.1V=7341mAh?？梢猿?.2次（7341mA·hA3350mA·h=2.2）。

但實(shí)際上，因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)換會(huì)有損耗，一般的轉(zhuǎn)換率75%?85%左右，以轉(zhuǎn)換率為85%計(jì)算，可充1.8次（7341mA·h×85%/·3350mA·h=1.8）。若被測(cè)試移動(dòng)電源轉(zhuǎn)換率低于70%，可基本判斷該廣品為不合格產(chǎn)品。

4 結(jié)語

綜上，國內(nèi)移動(dòng)電源機(jī)身醒目標(biāo)識(shí)的容量，是該移動(dòng)電源電芯的額定容量，不是實(shí)際升壓后的輸出容量。這就是為什么我們lOOOOmAh的移動(dòng)電源給3000mAh的手機(jī)充電充兩次就沒電了的主要原因。除此以外，環(huán)境、線損、手機(jī)自身降壓、充電時(shí)手機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)也會(huì)影響移動(dòng)電源的實(shí)際充電次數(shù)。例如我們以上的測(cè)試方法中，最佳狀態(tài)是在手機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)給手機(jī)充電，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)很難實(shí)現(xiàn)。另根據(jù)前面的分析，衡量移動(dòng)電源的實(shí)際輸出容量或轉(zhuǎn)換效率，須在同樣的輸出電壓和輸出電流的條件下來判斷才有意義。