【導(dǎo)讀】如今智能手機(jī)耗電量越來(lái)越大,大部分的智能手機(jī)電池都不可拆卸,一款容量大攜帶方便的移動(dòng)電源就成了人們出門(mén)旅行必備的電子產(chǎn)品。但最近移動(dòng)電源安全事故頻出,讓消費(fèi)者與工程師不得不重新審視移動(dòng)電源的設(shè)計(jì)與研發(fā),而對(duì)于移動(dòng)電源的內(nèi)部構(gòu)造,你又了解多少呢?
如今智能手機(jī)耗電量越來(lái)越大,大部分的智能手機(jī)電池都不可拆卸,一款容量大攜帶方便的移動(dòng)電源就成了人們出門(mén)旅行必備的電子產(chǎn)品。但最近移動(dòng)電源安全事故頻出,讓消費(fèi)者與工程師不得不重新審視移動(dòng)電源的設(shè)計(jì)與研發(fā),而對(duì)于移動(dòng)電源的內(nèi)部構(gòu)造,你又了解多少呢?
一個(gè)移動(dòng)電源通常由外殼、電芯和電路板組成。外殼主要是產(chǎn)品封裝,以及實(shí)現(xiàn)造型美觀、保護(hù)等作用,常見(jiàn)為塑膠和金屬,一些叫好的產(chǎn)品往往塑膠也是用的防 火材料。電路板主要用于實(shí)現(xiàn)電壓、電流控制、輸入和輸出控制,以及其他各項(xiàng)功能。電芯是移動(dòng)電源中成本最高的組成部分,18650電芯和聚合物電芯是最常 見(jiàn)的兩種。 除開(kāi)電芯,移動(dòng)電源中的電路板也非常重要。
對(duì)于充電電池,規(guī)格書(shū)都有安全的充電截止電壓和安全放電截止電壓,有標(biāo)定 的額定最大工作電流。移動(dòng)電源的設(shè)計(jì),首先要安全的給聚合物電池充電,因?yàn)殡姵爻?本比較高,而且為了系統(tǒng)的安全可靠工作,要有一個(gè)充電管理系統(tǒng)。當(dāng)需要給便攜式設(shè)備充電時(shí),聚合物電池對(duì)外放電,因?yàn)楸銛y式設(shè)備普遍輸入電壓為5V,所以 有一個(gè)升壓5V的系統(tǒng)。不論是充電管理系統(tǒng)還是升壓系統(tǒng),都需要電路板來(lái)提供,所以移動(dòng)電源內(nèi)部電路板設(shè)計(jì)得好壞決定了產(chǎn)品的智能與否。
1. 過(guò)充保護(hù)
鋰電池過(guò)充保護(hù)是用電源管理芯片去檢測(cè)電壓實(shí)現(xiàn)的,芯片內(nèi)部在基準(zhǔn)設(shè)置狀態(tài)下(手機(jī)鋰電池一般為3.5V)。當(dāng)基準(zhǔn)慢慢上升,當(dāng)上升到VSS-VDD設(shè) 計(jì)值時(shí),這時(shí)的電壓就是保護(hù)過(guò)充關(guān)斷電壓,通過(guò)邏輯關(guān)系輸出低或者高電平來(lái)控制外部控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)充保護(hù)。當(dāng)電壓緩慢下降時(shí)設(shè)置VSS-VDD電壓值來(lái) 取基準(zhǔn)值當(dāng)基準(zhǔn)檢測(cè)到在設(shè)置以下時(shí),這是邏輯關(guān)系解除過(guò)充保護(hù)。
2. 過(guò)放保護(hù)
過(guò)放保護(hù)電壓是指放電過(guò)渡時(shí)保護(hù)電池的最低電壓,放電到這個(gè)電壓點(diǎn)時(shí),保護(hù)電路切斷電路,達(dá)到保護(hù)電池的目的。根據(jù)電池壽命與放電深度的關(guān)系及電池電壓 與放電率和放電深度關(guān)系,結(jié)合設(shè)備實(shí)際負(fù)荷,確定電池放電終止電壓,設(shè)計(jì)電池放電防護(hù)電路。
3.短路保護(hù)
短路造成的回路電流一般在額定工作電流的10倍以上,而過(guò)電流保護(hù)需要延遲約幾十毫秒,直接短路導(dǎo)致的數(shù)十倍額定電流在幾十毫秒內(nèi)也會(huì)對(duì)電池組的性能產(chǎn) 生影響?,F(xiàn)有的保護(hù)方式有PPTC法,該方法是通過(guò)電流產(chǎn)生的熱切斷回路,也需要毫秒級(jí)的反應(yīng)時(shí)間,同時(shí)增加了回路中的阻抗。也有專(zhuān)用于電池組的短路集成 芯片,此芯片應(yīng)用范圍窄、成本高。
4.PTC介紹
PTC正溫度系數(shù)熱敏電阻又稱(chēng) polyswitch,聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲(polymer resettable fuse)聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲由聚合物基體及使其導(dǎo)電的碳黑粒子組成。由于聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲為導(dǎo)體,其上會(huì)有電流通過(guò)。
當(dāng)有過(guò)電流通過(guò)聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲時(shí), 產(chǎn)生的熱量(為I2R)將使其膨脹。從而碳黑粒子將分開(kāi)、聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲的電阻將上升。這將促使聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲更快的產(chǎn)生熱、膨脹得更大,進(jìn)一步使電 阻升高。當(dāng)溫度達(dá)到125°C時(shí),電阻變化顯著,從而使電流明顯減小。
此時(shí)流過(guò)聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲的小電流足以使其保持在這個(gè)溫度和處于高阻狀態(tài)。當(dāng)故障清 除后,聚合物自復(fù)保險(xiǎn)絲收縮至原來(lái)的形狀重新將碳黑粒子聯(lián)結(jié)起來(lái),從而降低電阻至具有規(guī)定的保持電流這個(gè)水平。 了解了移動(dòng)電源內(nèi)部主要構(gòu)件,那我們?cè)撊绾芜x擇一款優(yōu)質(zhì)的移動(dòng)電源呢?
5.電芯
雖然我在前面寫(xiě)的文章中都曾屢次的介紹過(guò)電芯,但是未必用戶(hù)明白,故在此我再描述一下,目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的移動(dòng)電源是采用18650和軟包鋰電池。
18650是一種液態(tài)的鋰電池,外面一層厚厚的鋼殼包著,也有鋁殼的,圓柱形。另一種是糊狀的鋰電池,行業(yè)人士都稱(chēng)為軟包,可以自定義各種各樣的形狀。
16850的優(yōu)點(diǎn)是:工藝成熟,容量大,據(jù)說(shuō)最大的一個(gè)可以做到3000mAh,如果單純以電芯來(lái)論,那么18650是存在一定的安全性隱患,前幾年的筆記本電池爆炸就是案例。(注明:概率是很低的,同時(shí)保護(hù)板選好,是可以有效的降低安全性的) 軟包鋰電池是根據(jù)長(zhǎng)寬厚以一定的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算容量的!最大的特點(diǎn)就是可以任意形狀,這樣可以凸顯個(gè)性。
目前市場(chǎng)非常有個(gè)性的移動(dòng)電源基本上都是軟包做的。他的優(yōu)點(diǎn)目前來(lái)說(shuō),和18650相比,安全性隱患更低,就是18650可能會(huì)爆,但是軟包最大的問(wèn)題就是漲包,燃燒。 其實(shí)那個(gè)好,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,還是軟包好!當(dāng)然在此我不是說(shuō)排擠16850,畢竟這種產(chǎn)品用了十來(lái)年了,技術(shù)是相當(dāng)?shù)某墒臁?/div>
6.保護(hù)板PCBA
保護(hù)板主要是干幾件事情,過(guò)充過(guò)放自動(dòng)調(diào)節(jié)。我們用這樣的一個(gè)比喻來(lái)說(shuō),一個(gè)人不吃飯餓過(guò)份了,和吃得太飽,是對(duì)身體沒(méi)有好處的。因此為了保證移動(dòng)電源 的電芯不至于到兩種極端,所以保護(hù)板在設(shè)計(jì)上做一個(gè)保護(hù)措施,避免對(duì)電芯的傷害。比如移動(dòng)電源充滿(mǎn)了,則自動(dòng)關(guān)閉沖電,其實(shí)和手機(jī)那個(gè)充電器保護(hù)是一樣一 樣的。
此外保護(hù)板還有一個(gè)重要的功能,就是轉(zhuǎn)換率。比如電芯標(biāo)稱(chēng)的5000mAh給用戶(hù)的設(shè)備充電的時(shí)候,并不是完全100%轉(zhuǎn)換的。 你1500mAh的手機(jī)電池,用5000mAh的移動(dòng)電源充,理論上充三次多,但是實(shí)際上未必能充滿(mǎn)。這就是因?yàn)殡娦疽约霸谶@個(gè)充電過(guò)程中的物體是有電阻 的,這要消耗一部份。
因此保護(hù)板充當(dāng)了這個(gè)角色,盡可能的減少內(nèi)阻以及優(yōu)化的IC線路設(shè)計(jì)可以讓性能得到提高。具體的細(xì)節(jié),這個(gè)需要IC或電子方面的知 識(shí)。 一個(gè)好的保護(hù)板,根據(jù)行業(yè)人士的介紹,好可以做到90%以上,而普通的則在80-85%左右。差的估計(jì)只有70%左右了。
7.重量差距
移動(dòng)電源的外觀和重量是不少用戶(hù)選購(gòu)時(shí)候首要考慮因素之一。漂亮?xí)r尚的外觀不僅賞心悅目,也為日常使用增添了不少的色彩。小巧的機(jī)身重量也相對(duì)較輕,便攜性得到提升,用戶(hù)在日?;顒?dòng)中就可以非常方便的進(jìn)行攜帶,增加實(shí)用性。
目前市面上的主流移動(dòng)電源產(chǎn)品外殼材質(zhì)有兩種,分別是塑膠或防火材料ABS+PC等塑料材質(zhì)、全鋁或鋁合金的金屬材質(zhì)。塑料材質(zhì)外殼一般都會(huì)經(jīng)過(guò)鋼琴烤 漆工藝處理來(lái)增加美觀度和舒適度,重量相對(duì)較輕;金屬材質(zhì)外殼 一般會(huì)進(jìn)行拉絲工藝或磨砂工藝處理,增加了金屬質(zhì)感,也提升了機(jī)身美感和手感,重量相對(duì)會(huì)略沉。
一般說(shuō)來(lái),移動(dòng)電源機(jī)身的體積重量與其電芯容量都是成正比的,體積越大則容量越大體積也越重,反之則越輕。大眾用戶(hù)選擇 5000mAh左右電芯容量的移動(dòng)電源基本能夠保證為手機(jī)進(jìn)行充電續(xù)航,而且體積較小,攜帶也比較輕便;10000mAh以上電芯容量的移動(dòng)電源體積和重 量就相對(duì)比較大了,用戶(hù)在在外出攜帶時(shí)可以放在包中,適合平板電腦用戶(hù)們選用;筆記本電腦用戶(hù)一般都要選擇20000mAh左右的移動(dòng)電源才能確保為設(shè)備 提供較為持久的電力支持,當(dāng)然上述只是一個(gè)參考建議,在實(shí)際使用中,用戶(hù)們的設(shè)備、充電次數(shù)和使用方法不盡相同,大家還是要結(jié)合自己的實(shí)際情況來(lái)選擇移動(dòng)電源的容量。