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        智能手環(huán)與手機(jī)是恒壓或恒流充電嗎

        2020-06-10 08:29:30吳亞梅
        物理通報 2020年6期
        關(guān)鍵詞:充電電流恒流恒壓

        吳亞梅

        (衢州第二中學(xué) 浙江 衢州 324000)

        隨著科技發(fā)展,智能手環(huán)、手機(jī)、充電寶、電動自行車、電動汽車等科技產(chǎn)品走進(jìn)千家萬戶,以這類產(chǎn)品為背景的高考題也越來越多.此類題目信息量大,干擾信息多,每每遇到,學(xué)生常常困惑不已.

        該類電器充電過程是恒壓還是恒流,或是其他方式呢?雖然高中教學(xué)大綱不要求學(xué)生掌握電源的種類和充電方式等問題,但作為教師,若能多方面了解,可幫助學(xué)生更好的解惑.

        下面以智能手環(huán)為例.

        【例題】智能手環(huán)是一種穿戴式智能設(shè)備.通過智能手環(huán),用戶可以了解日常鍛煉、睡眠等實時數(shù)據(jù),起到通過數(shù)據(jù)指導(dǎo)健康生活的作用.圖1為某品牌智能手環(huán)的相關(guān)參數(shù).

        工作時額定電壓2 V充電額定電流250 mA額定功率0.001 W充電時間約120 min充電電壓5 V電池容量110 mAh

        圖1 某品牌智能手環(huán)及其相關(guān)參數(shù)

        下列說法正確的是( )

        A.電池容量是指電池儲存電能的大小

        B.該智能手環(huán)正常工作時的電壓為5V

        C.該智能手環(huán)正常工作時的電流為250mA

        D.該智能手環(huán)充滿電后一次工作時間最多220h

        該題正確答案為選項D.由題可得,正常工作電流

        充滿電后一次最多工作時間

        但題中還給出了干擾信息:充電電壓5V,充電額定電流250mA,充電時間約120min.于是,學(xué)生困惑了,根據(jù)

        q=It=250mA·2h=500mAh

        電池容量不應(yīng)該是500mAh左右嗎?為何只有110mAh?同時,P額=UI=5V×0.25A=1.25W,為何額定功率只有0.001W呢?到底哪里出了問題?

        1 蓄電池的了解

        其實,這是關(guān)于電池的充電方式問題.下面一起了解常用蓄電池種類和充電方式.

        1.1 蓄電池的種類

        常用的化學(xué)蓄電池種類繁多,如表1所示,主要包括鉛酸電池、鎘鎳電池、鎳氫電池以及鋰離子電池等.各有其特點和缺點,使用的領(lǐng)域也不相同.

        表1 常用的化學(xué)蓄電池

        可見,常用的數(shù)碼產(chǎn)品,如智能手環(huán)、手機(jī)、充電寶、Ipad等使用的都是鋰離子電池.

        1.2 蓄電池的充電方式

        由于電池化學(xué)特性和結(jié)構(gòu)不同,往往需要各種不同的充電方法進(jìn)行充電.常用的有以下3種充電方法.

        (1)恒流充電法

        恒流充電法是利用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法, 保持充電電流強(qiáng)度不變的充電方法, 如圖2所示.

        圖2 恒流充電法

        該方法控制簡單, 但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進(jìn)行而逐漸下降的, 到充電后期, 充電電流多用于電解水, 產(chǎn)生氣體, 使出氣過多, 因此, 不常應(yīng)用.

        (2)恒壓充電法

        充電電源的電壓在全部充電時間里保持恒定的數(shù)值,電流逐漸減少.如圖3所示.與恒流充電法相比, 充電快速.

        圖3 恒壓充電法

        這種充電方法電解水很少, 避免了蓄電池過充.但在充電初期電流過大,對蓄電池壽命造成很大影響, 且容易使蓄電池極板彎曲, 造成電池報廢.

        (3)3段式充電法

        最常見也是目前應(yīng)用最多的是三段式充電方式(即將充電過程分為恒流充電、恒壓充電和浮充充電) 及其相關(guān)方法包括恒壓限流法與恒流限壓法等.如圖4所示.

        圖4 3段式充電法

        第一,恒流充電階段.充電電流保持恒定,隨著充入電量增加.電池電壓也持續(xù)上升;

        第二,恒壓充電階段.充電電壓保持恒定,充入電量仍然繼續(xù)增加,但充電電流不斷下降;

        第三,浮充階段.蓄電池已充滿,充電電流下降,充電器充電電壓降低.目前此方式或其派生的方式占據(jù)了主要的市場份額,也是使用最多的充電方式.

        2 蓄電池的檢測

        以上是關(guān)于電池充電方式的理論知識,那么,實際的充電方式果真如此嗎?為更真實了解,筆者對兩款智能手環(huán)和手表做了多次檢測實驗,其結(jié)果如表2所示.

        表2 兩款智能手環(huán)檢測實驗數(shù)據(jù)

        檢測表明,手環(huán)和手表均為恒壓恒流充電.那么學(xué)生在解題時怎會有那么多疑惑呢?對比發(fā)現(xiàn),上題存在以下幾個問題.

        (1)充電時間或充電額定電流標(biāo)識有誤.筆者對多款智能手環(huán)和手表了解發(fā)現(xiàn),均為恒壓恒流充電,充電時間大多1 h左右,少數(shù)2 h.從檢測看,充電電壓均為5 V左右,充電電流最大120 mA.若充電額定電流為250 mA,則其電荷量

        q=It=250 mA·1 h=250 mAh

        而目前市場上一般手環(huán)電荷量為100 mAh左右,較大為140 mAh.

        (2)額定功率標(biāo)識有誤.由于恒壓恒流充電,其額定功率P額=UI=5 V×0.25 A=1.25 W左右,與所標(biāo)0.001 W相差太大.

        為更多了解電池充電方式,筆者又對兩款手機(jī)多次檢測,結(jié)果如表2所示.

        其電壓電流變化圖像分別如圖4所示.

        圖4 兩款手機(jī)電壓電流變化圖像

        可見,不同的智能手機(jī),其充電方式也不相同,iPhoneX為恒壓充電法,小米9基本采用3段式充電法,而智能手表或手環(huán)一般都是恒流恒壓充電.總之,不同的智能產(chǎn)品,其充電方式各不相同.

        表2 兩款手機(jī)檢測實驗數(shù)據(jù)

        綜上,教師在編制和使用試題時,對試題和答案力求做到符合知識性和技巧性原則的同時,也要重視科學(xué)性原則.像上面這種試題,能考察學(xué)生的概念,多余的信息干擾更能考驗其掌握程度,因而往往被一些教輔資料和試卷所選用,給學(xué)生造成了超出考綱要求的困擾.因此,教師多了解、多儲備一些知識,也是很需要的.

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