羅敏

摘要

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

【關(guān)鍵詞】移動電源 額定容量 輸出容量 轉(zhuǎn)化率

1 引言

在移動互聯(lián)網(wǎng)時代，伴隨著4G技術(shù)的推廣，智能手機、平板電腦等移動設(shè)備的功能日趨強大和豐富，截至2016年12月，中國手機網(wǎng)民規(guī)模達6.95億，網(wǎng)民手機上網(wǎng)比例在高基數(shù)基礎(chǔ)上進一步攀升。人們每天捧著手機上網(wǎng)、發(fā)微信、玩游戲、看視頻的時間越來越多，手機已經(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”這一國際大難題。智能手機電池不夠用成為用戶共識，移動電源己成為現(xiàn)今必不可少的數(shù)碼配件。2017年在共享經(jīng)濟的熱潮下，共享充電寶領(lǐng)域更被推上了風口浪尖。

大家常常會有這樣的疑問，lOOOOmAh的移動電源給3000mAh的手機充電，往往充兩次就沒電了，移動電源為什么不耐充？這里，我們試著“以毒攻毒”，用電工知識來分析這個問題。

2 移動電源簡介

2.1 移動電源的概念

移動電源（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、平板電腦等數(shù)碼設(shè)備隨時隨地充電，以提高這些設(shè)備的續(xù)航能力。移動電源由大容量電池作為電量儲備單元，一般通過USB接口輸出電能，使用方便快捷。

2.2 移動電源的工作原理

移動電源通常采用USB接口進行充放電，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，移動電源的儲電介質(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，自動調(diào)節(jié)充電電流。移動電源在給其他設(shè)備充電的過程即移動電源的放電過程，鋰電電芯標準電壓3.6+/-0.1V，放電時須要將額定電壓3.6+/-0.1V通過升壓系統(tǒng)提升到5V，再通過USB輸出。

3 移動電源的容量分析

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

3.1 移動電源容量mA·h與W·h

3.1.1 電池容量mA·h

根據(jù)電流的定義，單位時間內(nèi)里通過導(dǎo)體任一橫截面的電量叫做電流強度，簡稱電流。

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。我們看到的醒目標識單位為mA·h的移動電源、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的移動電源、電池的容量指電能，電場力所做的功，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、時間成正比關(guān)系的量。而mA·h通常作為電池充、放電的指標，它是和電流、時間成正比關(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是該移動電源電芯的額定容量，該數(shù)值必須對應(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?shù)奶岣咻敵鲭妷褐?，可以提高移動電源的兼容性和充電效率，縮短充電時間，這也與銘牌數(shù)據(jù)輸出電壓5.IV相符。

移動電源轉(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。

實際情況下，升壓就會產(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)。一般移動電源的轉(zhuǎn)換率在75%?85%左右，以轉(zhuǎn)換率為85%計算，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，當輸出電流越大則相應(yīng)的損耗越大，同一移動電源同一輸出端口在不同的輸出電流下，也會產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)換效率。

小米全新的標注方式標注了電芯額定容量即電池能量的同時，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%情況下的容量標識，其輸出DC5.lv2.4A 9V/12V 15W MAX是快充標識。

3.3 電池容量實測

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

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

第二步，將移動電源充滿電。

第三步，記錄手機電池容量，如小米6手機電池容量為3350mAh。

第四步，用移動電源對手機充電。手機用到自動關(guān)機，然后用滿電的移動電源對手機進行充電至100%，然后把手機的電量耗盡，循環(huán)反復(fù)，直到移動電源停止電流輸出為止。記錄充滿電的移動電源可以充手機次數(shù)。最后一次未能充滿，記錄下移動電源電量全部耗盡情況下，手機當前的電量，折算次數(shù)。

第五步，計算移動電源的實測容量。

這里，移動電源的實測容量即實際放電容量，我們可以按照：移動電源實測容量=手機容量×充電次數(shù)，大致計算出移動電源的實際容量。

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

但實際上，因為能量轉(zhuǎn)換會有損耗，一般的轉(zhuǎn)換率75%?85%左右，以轉(zhuǎn)換率為85%計算，可充1.8次（7341mA·h×85%/·3350mA·h=1.8）。若被測試移動電源轉(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)移動電源機身醒目標識的容量，是該移動電源電芯的額定容量，不是實際升壓后的輸出容量。這就是為什么我們lOOOOmAh的移動電源給3000mAh的手機充電充兩次就沒電了的主要原因。除此以外，環(huán)境、線損、手機自身降壓、充電時手機的運行狀態(tài)也會影響移動電源的實際充電次數(shù)。例如我們以上的測試方法中，最佳狀態(tài)是在手機關(guān)機時給手機充電，但實際應(yīng)用時很難實現(xiàn)。另根據(jù)前面的分析，衡量移動電源的實際輸出容量或轉(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。