移动电源初级科普

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看到篇文章很厉害的样子,转过来保存下,回头仔细研究下,也算是涨涨知识,毕竟当初买充电宝这事儿也让我纠结好久。

1.充电宝的容量
充电宝就是个电能包,把电能吃进去再吐出来;
所谓充电宝的容量就是它的吞吐能力,
这是大多数人买充电宝首要考虑的因素。
充电宝的容量目前普遍采用电芯的容量进行标识,
比如3.6V 10400mAh。就是说电芯电压3.6V,电量10400mAh。
目前的主流容量基本在10000mAh左右,低于5000的几乎就是鸡肋。
因为现在的手机屏幕大,cpu速度快,功耗自然大。
随便一台手机的电池就3000mAh。
充电宝直接冲到手机电池的能量大概是充电宝容量的70%左右
(70%的解释见<充电宝能给手机充几次>)。
并且由于内阻的关系,容量越小的,内阻越大,损耗率越高,
小容量的充电宝转化甚至都可能不到70%。
所以低于5000mAh可能连一次都都充不满。

2.充电宝的转化率
充电宝里的电池有效电压是3.0-4.2V,给手机充电则需要升压到5V,这个过程是有损耗的。
1)影响转化率最大的就是电源理芯片(DC-DC同步整流),
当今做得最牛的德州仪器,转化率大概就是90%的样子。
哦,这个德州不是山东德州,是美国的德克萨斯州……
其他几个大牌芯片(我记不住名字了)也不赖,但跟德仪一样,都不便宜。几毫米大的一个芯片,大都在1美刀上下。
2)跟转化率还紧密相关的是电芯的内阻和电芯的数量。
大牌子的电芯内阻普遍较低。另外电阻是越并越小,所以同品牌同方案的标称的10000mah充电宝,四芯的放电普遍会比三芯的大。
3)与转化率相关的另外一个因素就是放电电流。
放电电流越大,损耗越高。可以简单理解为,越粗放,浪费越大。
在有些充电宝上有2个输出接口。一个2.1A,另一个1A。
在手机允许高于1A的大电流充电时,用1A能充更久,用2.1A能充更快。
4)一般用户最可控的一个因素就是数据线,并且这是个很容易被忽略的因素。
线芯越短粗,线上损耗越小,外在表现就是大电流充电过程中,线不发热。
线芯细且长,线上损耗就大,大电流过电就会有不同程度的发热。
线上损耗10%的能量是非常容易的。
用充电宝给手机充电时,强烈建议用各种原装数据线。

3.充电宝容量测试
从理论上而言,规范充电宝的容量标识并非难事,
但由于各种原因,现状是无论正经品牌还是山寨,都普遍存在虚标问题。
更不用说那种某宝几十元就动则3万mAh,5万mAh的假名牌,虚标程度令人发指。
即使2015年8月1日实施的有关锂电池设备的国标,也未涉及标称容量的问题。
那么到底用什么方法来精确测定充电宝到底有多大容量?
正确且唯一的方法就是放电测试——是骡子是马拉出来溜溜。
把充电宝充满电,在放电测试设备上进行放电,直到把充电宝放空。
放电结束后读数:放电量(mAh),平台电压(V),能量(wh)。
更先进的还有ebz,可以通过连接电脑绘出放电曲线。
实现这个测试并不复杂。一块USB测试表加一块负载总价可以控制到40元以下。注意,此处极易形成大坑。U表从十几二十元到数百元一块,价格不等。但仅作为测试充电宝容量的简易装置,十多元即可。4.关于电量换算
由于行业习惯,目前充电宝的容量都是用电芯的电量来标识,
比如:7800mAh,3.6V。
但从放电测试设备里读出的电量数值绝不会是标称的电量,
单从数值上看大概是标称容量的65%左右。
因为在充放电过程中遵循的是能量守恒,而不是电量守恒。
5V下的5000mAh和3.6V下的5000mAh完全是不同的两个能量值。
以各品牌常见的10000mAh为例:
标称容量为10000mAh,3.6V。
根据能量守恒,在5V放电时,应该是如下等式:
标称电压3.6V×标称电量10000mAh×转化率90%=输出电压50V×输出电量。
计算得出:输出电量=3.6×10000×90%÷5=6480mAh
也许是避免消费者的误解,
除了原有的行业习惯标识,
现在有些品牌的充电宝也开始在铭牌上标注5V放电的结果。
比如,2015年后上市的几个版本就增加了5V的结果。
5000mAh 额定容量:3300 mAh5.1V(TYP 1A)
10000mAh额定容量:6250mAh5.1V(TYP 1A)
16000mAh额定容量:10800mAh5.1V(TYP 1A)

5.充电宝能给手机充几次
充电宝标称容量*72%/手机电池容量=充电次数
比如,

手机品牌&型号
电池容量
(mAh)
10000mAh
充电次数
iphone6
1810
4.0
iphone6s
1715
4.2
iphone6splus
2750
2.6
华为P8青春版
2200
3.3
华为荣耀X2
5000
1.4
华为荣耀6
3000
2.4
华为荣耀6PLUS
3600
2.0
三星GalaxyS4
2600
2.8
三星GalaxyS7
3000
2.4
锤子
2570
2.8
坚果
2900
2.5
红米3
4100
1.8
红米NOTE增强版
3100
2.3
小米3
3050
2.4
小米4
3080
2.3
小米note
3090
2.3

解释:
1.充电宝的实际转化率,
大部分的充电宝标称的90%转化率是在1A放电的条件下得出的,
而现在的很多手机允许1A-2A的电流充电,
大电流下,转化效率会有所降低。
这里取一个相对保守的估值。85%
2.当电能进入手机,通过手机电源管理芯片给电池充电的时候,还有个损耗。
这个未见专业测试。我个人测试红米转化率大概87%
这里取个保守的85%。
合计下来,1*85%*85%=72%,72%的充电宝标称容量进入了手机电池。
由于其他未列的因素,个体之间可能会有误差,但误差有个限度。
不可能预计应该充3次的,只充了两次不到就没电了。 
6.用充电次数粗略判断是否正品
其实在判断充电宝是否正品上,用充电次数粗略判断也是个不错的方法。
因为,
山寨和正品绝对不是量的差距,而是质的差异。
不是2和3的区别,而是0和1的区别。
要么不能用,要么就能用很久。
正品如果能充3次,山寨很难达到2次,最大的可能是一次都够呛。
因为做山寨的厂商或个人只考虑销售的那一刹那,
他没有理由在容量上模仿正品,把产品容量做到到正品的50%或70%。

7.能不能上飞机
1.谁说了都不算,看民航局的正式规定:
http://www.caac.gov.cn/CXCK/HLZN/201512/t20151214_15866.html#2.参考以上民航局的规定,核心有两点:
容量上限100Wh,折合充电宝常规标识相当于:3.6V 27000mAh,所以只带一块充电宝一般不会被没收。
标识清晰:标识不清怎么判断容量?
永远不用担心小米的标识,除非你拿砂纸打磨过。
综合以上两点,小米的任何一个型号的充电宝都不会被安检罚没,除非,你带了很多块,还有笔记本电脑的电池加起来总能量超了,到底这个上限多少,民航局没有明确规定,那就看你人品吧……

8.关于18650电芯 进口V.S.国产
关于18650锂电池本身就是个很广阔的领域,此处只对与充电宝相关部分做浮光掠影的了解。
1.目前大部分充电宝使用的是18650锂电池。(聚合物电池不熟不敢瞎说)
18650是个尺寸型号,直径18mm,65mm长的圆柱形电池。我们常见的5号电池型号是14500,14mm直径,50mm长圆柱形。
因为最早制定18650型号标准的时候就设计的是锂电池,且到目前为止,采用这个型号的也主要是锂电池(也有极少数的镍氢电池采用这个型号),所以说到18650电池的时候主要就是指18650型号的锂电池。

2. 18650应用很广,但主要是作为元器件存在,且使用中一定要配合充放电保护线路,因此尚未直接进入零售市场。
笔记本电脑的电池,一般说几芯,就是指几节电池。下图就是一款笔记本电脑电池的拆解图。目前主流商务本的电池一般是六芯。

还有一些电动工具,锂电电动车,某米平衡车,都有用18650锂电池。
差点忘了,最大的家伙,特斯拉,车的电瓶是由7104节18650锂动力电池串并而成。
3.目前全宇宙最好的几个18650品牌就是日韩那几家,LG,松下,三洋,sony,三星。
早年Thinkpad的原装电池好多是sony的,因为sony电池的一致性最牛
后来的也见过三洋和松下和三星的。
因为sony太贵,且没有容量优势,所以很少用sony电池做充电宝的。
三星在爱国者,品胜,品能,羽博,罗马仕等等国产品牌的某些型号的首发时能见到,后来就会换成国产的。
Sony和三星电芯

目前大容量电芯(3300mah以上)量产的就LG,三洋,松下三家(其实是两家,三洋松下已经合并,但两个事业部依然独立运行)。
某米的18650电池基本采用以上三家的电池,
只有在10400的时候用过一部分天津力神(LS,质量也很好)。
但后来出的大容量都要求3300mah以上,
力神没这么大容量的,所以就只有三巨头的电芯了。
不光是某米,其他正经牌子,
但凡用到3300mAh以上的大容量电芯,只能选这三种。
因为国内的厂家造不出来。
小米的10000mAh集齐了三大品牌。

4.国产18650电池
国内有一些正规厂家,品质还是靠谱的,销量也比较大。以下就是圈内人所称的国产五虎。

我暂且称他们为国产五鼠吧。真心希望他们未来能与日航抗衡。
国产电池在2000-2600容量之间跟大牛已没有太悬殊的差距
差距主要体现在循环次数。
国际大牌们声称自己的电池1000次循环后还有80%的余量。
但咱国产的也就敢冲刺500次。
需要单独说一下的是,某些品牌尽管在消费者眼里可能依然是知名品牌,但做法实在不够磊落。比如冯爱国,骡马市,品生,羽博等等,在一款产品首发时可能会用三星的2600mAh,但之后就慢慢换成了国产电芯。
爱国者的K系列很靠谱,用的就是创明电芯。
爱国者的DLC系列就很操蛋,我从三块充电宝里拆出三个牌子的电芯,卓能(ASO),长江(CJ),华粤宝(NQ)……
品胜的几款电芯用的是力神(LS)

9.关于充电宝爆炸及充电宝的安全性
充电宝真的会炸,但不等于所有的充电宝可能会炸。
就像有些奶粉加了三氯氰胺,不等于所有奶粉都加了三氯氰胺。
充电宝如果爆炸,多数是因为短路后点池温度急剧升高,
瞬间产生大量高压气体,把18650的电池盖像子弹一样打出去……,
被吓到了吧。
但18650从sony制定标准发展到今天,
设计已十分安全,每节电池都有安全阀。
在充放电过热导致内部气压骤增的时候会自动打开放气阀并切断电路。
更不用说电池外部设置的重重保护设施了。
所以正规品牌的充电宝除非扔火里,否则没那么容易爆炸。
百度可以搜到大量18650电池的短路实验,
瞬间大电流可以把整个金属线烧红,
但很快就凉下去了,因为电池内部已被切断。
想想吧,一辆特斯拉有7104节18650电池,
18650真那么好炸的话,特斯拉岂不成了炸药包?
所以从安全性上来讲,只要是正规品牌,正规渠道,都比较安全。

10.聚合物电池V.S.18650电池
简单的说,原理一样,只是电解介质不一样
1)18650是液态电解液。聚合物是胶态和固态的。
所以温度高的时候聚合物不像锂离子电池那样,内部压力迅速升高。
但并不等于说不会受热膨胀,只是不剧烈。
三星有一批手机电池就频频怀孕。

2)聚合物的可以做的极其轻薄,
所以所有的平板都用聚合物电池,
否则18毫米粗的18650怎么塞进去。
3)正由于聚合物的非标性,所以成本更高。
通俗的说,18650电池厂家,没有订单也敢生产,
因为是标准件,只要产品达标,无非是卖的快慢的问题,最终都能卖出去。
但聚合物的就成问题了,你生产成什么样的尺寸,多大容量,
这个一定是有明确的订单才敢生产的。
4)从安全性来说,二者都已足够成熟,都很安全。
安全性,根本上是人的问题,而不是技术的问题。
认真做,危险的东西都可以通过技术革新做到很安全。
不认真,本没有特别大危害的东西也有可以有大安全隐患。
另外所谓的安全性都是在电池自损的前提下保障人和设备的安全。
而不是说,保护电池完好无损。
18650本身有安全阀,内部气压骤升,可以顶破放气阀放气且切断电路。
而聚合物即使极速膨胀也因为铝膜包装撑破而无法形成爆炸。
某些铝壳聚合物电池甚至涉及了胀裂口,
当内部压力过大时,铝壳就会沿着胀裂口破开,释放压力。
总之,只要是正经牌子的,无论18650,还是聚合物。都很安全。
5)对消费者而言,二者真正的区别不在安全性上,而是是否愿意为轻薄买单。
米万69元,如果小米要在此基础上增加双向快充,预计价格不会超过99,
但小米却用聚合物电芯推出了10000mAh的双向快充版,149元。
到底这个差价值不值,买的人说了算。

11.关于充电电流
(QC2.0下面单独说明:关于快充)
需要明确说明的是,
无论是充电头给手机或充电宝充电,还是充电宝给手机充电。
充电电流取决于二者允许电流中的较小的一个。
比如早期的手机允许的充电电流是350mA-500mA。
即使用2A,4A的充电头充,最大电流也就是350-500mA之间。
即使现在手机配的充电头普遍达到了2A,
但大部分手机的充电电流上限不超过1.5A(1500ma),
实际充电电流还是以手机为准,并且对手机无损害。
再比如,小米充电宝的充入电流是2A,
但如果充电头不足2A,就只能以充电头的最大电流充入,
如果用1A的充电头充,米万或10400需要充一晚上,而充16000则一晚上都充不满(苹果的充电头单说)。
再再比如,小米的充电宝最大输出电流是2.1A,给最大允许1A的手机充,实际电流就是1A,且不会对手机造成危害。
另外一个因素比较容易理解,由于目前的充电方式是先恒流后恒压。
随着电量越来越满,电压越来越高,到后期的电流越来越小。以至于变成0.
所以一般所说的最大充电电流是以放空电量或者电量所剩很少时的充电电流。
(涉及到充电头,这个问题的可展开空间就太大了。
暂不详述,需要明确一点的是,以上论及充电宝时,
是指正规厂家的足压足流的正品,如果您的充电电流不达标,
在考虑其他设备时,不要忘了充电头,
以及,如果你串了U表近来的话,还有U表也需要考虑)

12.快充伤电池吗?
因为要与下面谈及的快充概念区别开,其实这里问的是大电流充电伤电池么?
理论上是充放电电流越小,对电池越好。
但这是个充电速度和电池寿命平衡的问题。
几十块,顶多一百大几十块钱的东西,你会为了多用几年而忍受一宿都充不满么?
至于设备该用多大电流充电,厂家已经设定好了,
只要能充的都行,只是个速度问题。
在预计的电池寿命里,可以忽略大电流对电池损耗。

13.关于快充——怎么才算快充?QC2.0 和QC3.0
现在的充电宝越做越大,一万毫安时是常规容量。
随之而来的是给充电宝充电的速度要求也越来越高。
早年足1A的充电头,都算是比较好的。现如今,2A的充电头都要让位给快充。
关于快充,需要明确几个概念。
一般意义上的快充,也是很多卖家故意混淆的,就是5V,大电流充电,
早年手机经常是500mA,后来有1A,现在手机标配的充电头大部分是2A。
1A相对0.5A,2A相对1A就算快充。
但有一个更为专业的,具有质变性质的充电技术也称为快充,
必须与上面说的那个快充区别开,
这就是高通出的充电协议QC2.0,还有新近出的QC3.0.
所谓QC就是Quick Charge直译过来还是“快充”
这个协议下的充电模式是充受电设备通过协议握手后,
可以提高充电电压,大大提高充电的功率和效率。
QC2.0有三个电压档次,5V,9V,12V。
所以在支持QC2.0的充电头上可以清楚的看到,
标识了2个或三个电压,而不是原先只有一个5V电压。
QC3.0比QC2.0是个更为先进的技术,在QC2.0的基础上,在每一级的电压跨度内,以200mV为渐进单位逐级升高电压。
目前新出的大部分旗舰款手机都有QC2.0技术,
魅族,小米4,小米note,nubia Z5S,一加,HTC M8等等。
很多充电宝也具备了快充功能,
其中,有双向快充的,即充电宝充放电都支持qc2.0协议,
比如小米的10000增强版,华硕10050,anker10050,魅族10000。
也有单向快充的,比如小米的2w。
给充电宝充的时候是快充,充电宝放电也就是给手机充的时候只提供单一电压5V。
因为2W的肚子实在太大,如果不用快充,一整晚都无法充满。

14.关于苹果的充电头
据说是为了保护被充电的设备,
苹果出的系列5V充电设备加入了识别电阻。
原理很简单,就是在数据端和地之间加不同阻值的电阻。
苹果设备和充电设备之间进行互相识别,然后确定不同的充电电流。
最大的问题是苹果的用户如果用安卓的充电头,只能以500mA的电流充电。
同时,安卓的设备用苹果的充电头充,电流也很低。
这就是所谓的配套或兼容的问题。
有人说这是苹果太黑,不仅苹果安卓不兼容,苹果内部也不兼容。
好在IOS 5.0.1之后,增加了安卓的识别,
苹果设备也可以用安卓接口的充电头和充电宝以最大电流充电了。
但据买了充电宝的网友反馈,
用苹果的充电头还是无法给安卓接口的手机和充电宝全速充电。

15.关于DIY
充电宝DIY的时代已过,当下DIY充电宝只是爱好者的奢侈兴趣。
可以说,小米入场搅局是充电宝市场发展的一道分水岭。
也是DIY的终结。
之前有那么一个充电宝厂家的快乐时期。不管多烂的产品,张口都敢要几百块。
所以会有一批电子爱好者DIY充电宝,
自组的充电宝确实要比市售的成品便宜很多,性价比高很多很多。
但小米进入这个领域之后,
电商模式没有给中间商留下一毛钱的利润,价格一下拉到了底线。
不光是把整个行业的产品价格拉了下来,
而且无论是多牛的电子爱好者,
都难以在同价位的情况下DIY出小米那个水准的产品,
或者难以做到小米一样的水平,把成本控制到小米的价格之下。
还想DIY么?不必了,正经大牌子随便买一个就可以了。

16.太阳能充电宝
这是一个纯粹扯淡的概念。一个时间不算短的谎言。
一个简单的常识:太阳能板的功率跟面积成正比。
板子越大,接收并转化的太阳能越多。
巴掌大的一个太阳能板,
给个10000mAh的充电宝充电,太阳底下晒一个礼拜都充不满。
别忘了,太阳能利用的高效时段很有限。
如果想达到5V,2A,也就是10W的功率,
国内目前做的比较好的汉能,
太阳能板的面积至少应该达到一张半到两张A4纸那么大。
而这么大的一套设备至少要在200元左右。

17.关于那些“洋牌子”
不要迷信那些英文字母的品牌,
Anker,Jackery,Mophie,Ipower,Iwalk,Lepow,Solove,MiLi,MIPOW,AUKEY……
尽管这些牌子确实最早是海外注册,海外起家,
甚至至今仍只有英文网站,
尽管这些牌子的创业者也是可亲可敬的英雄。
但大部分这些公司的投资者和做这些事情的人都是地地道道的中国人。
我们可以善良的认为,他们是我们的骄傲,
是勇于走出国门的开拓者,是优秀中国人的代表。
但醒醒好么?
欧美企业根本不稀得做这个玩意,
人家有高通,做手机CPU,制定QC2.0 QC3.0协议,
也就是制定游戏规则。想玩?交钱!
人家有德州仪器,BQ24195,BQ25895,几毫米大小的一个芯片,1美刀。

上面谈及的那些假洋鬼子,有的做的不错,比如Anker,有的就很渣。
我真希望他们是去开拓海外市场了,
毕竟,在知识产权受到法律严格保护的国家,
他们的产品确实可以卖到更高的价格,争取更高的利润。
但我们拿脚趾头想想就知道,
去海外注册个牌子,杀个回马枪了来国内卖,
是大多数假洋鬼子的老戏法。
我敢说这里面至少有一半的品牌是这样的初衷。
因为卖的贵,产品多数能说的过去。
可高的离谱的价格,怎么能让我相信他们没有利用大多数人的不明真相而又崇洋媚外?
说的好听点是营销手段,本质上就是欺骗。

最后建议大家拆拆自己的充电宝,在此贴后面晒晒自家的充电宝里面啥玩意。
因为充电宝的整体配置具有一致性,
也就是说,如果用较好的电芯,PCB也不会差哪儿去;
如果用很烂的甚至没牌的电芯,我们就没有理由相信他们会用很好的PCB元器件。
基本可以从电芯上来判断充电宝的整体水平。

虽说文章本身其实是有软文的性质但觉得还是有点意思的。恩,转载文章也绝对是个麻烦的活,不是感兴趣的我才懒得转呢……

最后还是要附上原文的链接已被不时之需 http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1635220

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