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移动电源科普:转换效率和放电曲线的好与坏

天极网硬件频道2014-04-22 11:47
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1转换率何谓高何谓低2放电曲线何谓好何谓坏<<返回分页阅读
1转换率何谓高何谓低

  “转换效率”作为评价一款移动电源最为重要的参数,可谓是市场上各路商家炒作宣传的重点,“转换率>85%”甚至是>90%的口号屡屡出现,但实际上这个转换率是如何计算出来的呢?为什么很多消费者购买之后却发现在实际使用过程中,移动电源的充电能力与厂商的宣传相差甚远呢?笔者在这里将会以移动电源的放电原理和实测的放电曲线个例来为大家解释移动电源内部电芯的好与坏,让网友们能更好的了解移动电源和看懂移动电源的评测。

  移动电源科普①:转换率何谓高何谓低

  目前市售的移动电源中,其内部锂离子电池根据所用电解质材料的不同,可以分为液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(LIP)两大类。此两种电芯的电压均3.7V与我们目前使用的大多数手机和数码产品的电池电压相同。因此,为了让移动电源中的电量可以有效的传输到我们的手机和其他的数码产品,移动电源则需要通过内部升压管理电路板把电芯电压提升到5V(与大多数的电源适配器相同)才能有效地把电能传输到我们的手机等数码产品之中。

深度剖析转换率本质天极网移动电源年度横评
移动电源升压输出示意图

  比如说:一款标称电源电芯容量为6000mAh的移动电源,其电芯电压为3.7V的情况下,它的总能量为6000mAH×3.7V=22.2Wh(瓦时),而根据能量守恒定律,当其升压到5V释放时,由于其总能量是不变的,所以其实际可输出的容量则为22.2Wh÷5V=4400mAH,所以说它的理论可输出的最大容量只有4400mAh,约为标称6000mAh的74%。

深度剖析转换率本质天极网移动电源年度横评
移动电源放电耗损示意图

  不过需要说明的是这4400mAh的电量只是理论可输出的最大电量,而由于升压电路板和数据线等各个有输出电流经过的地方都可能给最终的输出电流带来5-20%耗损,而这类的耗损一般来说可以归为以下几个方面:

  1、电路转换损耗。相信大家都知道,移动电源在充电的时候会发热,根据能量守恒定律,散发的热量其实也就是内置电池的能量。

  2、电阻损耗。在给手机进行充电时,移动电源的内置电池与手机电池之间是通过电路板和导线进行连接。我们知道,凡是导体都存在着电阻,没有0电阻的导体(超导体不在此讨论范围)。电阻的主要物理特性是把电能转变为热能,因此在充电过程中,导体就会有热量产生,有热量产生就会有能量的散逸和损耗。

  3、电压损耗。锂电池放电的电压不是一成不变的,放电电压的安全范围是4.2V-2.7V,这其中功率的转换也会有差别。一般放电电压范围在3.6-3.9V之间,就能够放出该电池80%甚至更高的电量,而如果在这个范围之外,电量的损耗便会增大。

  4、供电损耗。移动电源在为手机充电时不只是给电池充电,还要给其他部件供电,尤其屏幕是个耗电大户。

  5、自身运行损耗。充电过程中,移动电源维持自身运行也需要耗电,这些电量同样要由内置电芯供给。

  通过上述的这些耗损后,一般真正可转达到我们手机的电池电量则只剩80%-90%,比如说按85%计算的话,其实际可用电量则为3774mAh,这里所说的85%才是厂商重点宣传的转换效率。不过大家可以从上述的数据看出,其实真正的可用容量比只有74%×85%=62%左右。而这3774mAh的电量到底可以为我们的手机冲多少电呢?笔者通过下面这幅图告诉大家。

深度剖析转换率本质天极网移动电源年度横评
6000mAh转换为85%的移动电源可为主流手机的充电次数示意图一

深度剖析转换率本质天极网移动电源年度横评
6000mAh转换为85%的移动电源可为主流手机的充电次数示意图二

  所以根据上述的原理,我们需要在选购移动电源时如果想知道一款移动电源的大概实际容量是多少时,我们可以通过一个简单实用的公式计算出来“标称容量×74%×标称转换效率”。比如说一款移动电源,标称容量10000mAh,标称转换效率90%,那它的大概可用容量则为10000×74%×90%=6660mAh。而这里为什么需要说是大概的的可用容量呢?因为目前各大厂家为了通过高转换率来作为宣告口号,其标称转换率存在虚标的情况可以说是屡见不鲜。

  而关于转换效率的猫腻,还有部分厂家选择通过降低放电电压来寻求更高的转换效率,一般正常的移动电源都会通过升压到5V来进行电流输出,而部分厂家则把其实际的输出电压降低来获得更高的转换率。比如以4.7V进行输出为例,而根据能量守恒定律,当使用4.7V进行电流输出时,同样是6000mAh的移动电源,其理论可输出的电量则变为了22Wh÷4.7V=4680mAH(当5V输出时的理论输出电量仅为4400mAh),如下图所示:

深度剖析转换率本质天极网移动电源年度横评
移动电源输出电压对输出容量影响示意图

  这里大家可能又会问,这280mAH的容量差距可以对转换率带来多少变化?下面笔者就为大家实际计算一下,比如说一款6000mAh实际转换效率仅有80%的移动电源,那它的可用总能量则为22.2Wh×0.8=17.76Wh,但由于它的实际输出电压为4.7V,那么其实际的输出容量则应为17.76Wh÷4.7V=3744mAh,而如果按照输出电压为5V来计算转换效率,那它的转换效率则变为3744mAh÷4400mAh=85%,所以由此可以看出,如果移动电源的输出电源降低0.3V其转换效率则可以高出足足5%,这无疑大大的增加了此款移动电源在消费者心目中的好感度。

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不同转换率和放电电压移动电源的放电容量示意图

  而说到放电电压,4.7V是不是说已经低于我们手机和数码产品的额度充电电压,不能给予我们的手机充电了呢?其实情况不没有那么糟糕,虽然说一般手机和平板电脑的标准充电电压都是5V,但其实其稳定可接受的电压范围基本在4.6V-5.4V左右,所以降低电压一般也是可以为我们的手机和数码产品正常充电的,但降低电压的同时还是会带来一定的负面影响,移动电源和手机电池的电压差降低了,充电电流会变小,充电速度会减慢,线阻、保护板内阻影响也随之增大了,在实际使用时对于供电电流要求较高的平板电脑或数码产品可能会出现充电缓慢或者充不进电的情况,虽然降低电压可以增加移动电源的转换效率,但笔者认为相比于提高几百毫安时的电量来说,提高充电的稳定性更为重要。

2放电曲线何谓好何谓坏

  移动电源科普②:放电曲线何谓好何谓坏

  为了向大家更真实地展示移动电源最真实的一面,在移动电源评测中经常会使用电源测试专用的电池测试仪和负载仪对各款移动电源进行恒流放电测试,而测试的结果将通过曲线图展示出来,为了让大家能够更好地看懂评测的结果,笔者下面就以图例来对评测中涉及到的图表、数据和名词做一个简单地说明。

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优秀移动电源的放电曲线图

  上图为一个较为优秀的放电曲线图,基本上所有的移动电源评测都会通过类似图像向大家展示移动电源放电的稳定性,图中的两根红线分别代表实测放电电压和放电电流。一款优质的移动电源,在放电曲线图中,代表放电电压和电流的红线应该是较为平直,没有明显的波幅。而且在1A恒流放电时,其放电电压和放电电流应该持续稳定在5V和1000mAh为佳。如上图所示,该款移动电源的电压和电流都非常平稳,电压和电流分别稳定在5V/1A,说明这款移动电源的稳定性非常良好。

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一般移动电源的放电曲线图

  而一般质量稳定性较差的移动电源则会出现上图的情况,其放电电压出现了非常大的波幅,证明其内部使用的电路板的放电稳定性欠佳。

  而某部分质量欠佳的移动电源在放电的时候还会出现下图的情况:在2A恒流放电时其放电电压持续下降,最终下降至无法正常供电的水平,这种情况在实际使用中可能会出出现无法为大电流数码产品供电或供电一段时间后无法继续供电的情况。

深度剖析转换率本质天极网移动电源年度横评
劣质移动电源的放电曲线图

  ◆专用名词解释:

  理论放电容量与实测转换率

  在评测中所提及的“转换率”,均指实测输出容量与理论放电容量的比率,所谓理论放电容量,就是通过能量守恒定律将移动电源的总能量除以其实测放电电压而得出的比值,例如一款标称6000mAh的移动电源,其实测放电电压为4.9V,则说明其理论放电容量为4490mAh(若按5V电压计算则为4400mAh),获得理论放电容量后,我们会将测试放电容量除以理论放电容量而获得最终实测转换率,通过此方法计算的转换率可有效避免由于部分移动电源采用降低电压的方式来提高转换效率的可能。

  标称电芯容量与实测放电容量

  而评测中除了会重点比较转换率外,我们还会通过数据换算获得每款移动电源的实测可用容量率(实测输出容量/标称电芯容量)。让普通的用户可以更加直观地看到各款移动电源的实际可用容量情况。

  标称放电电压与实际放电电压

  标称放电电压即产品参数中标注的放电电压,一般的移动电源都是以5V作为标准输出电压,但在实际测试过程中,电压会出现一些偏差,一般来说,电压要高于4.6V才能有效地够为手机等数码产品正常供电,因此,在评测中的我们认为实测放电电压值大于4.6V才算是有效放电电压。

  标称放电电流与实际放电电流

  标称放电电流即产品参数中标注的最大放电电流,一般移动电源是以1A作为可为手机充电的标准输出电流,2.1A作为可为平板电脑充电的标准输出电流,一般来说,当电流值大于800mAh时,已经可为手机进行正常充电,大于1600mAh已可为平板电脑充电,但电流越小,则充电速度越慢。

  通过以上讲解,相信大家应该明白了,移动电源在实际使用中,由于存在升压的过程,其转换效率其实并不算太高。大家平时买到的移动电源其转换率基本上都处于80%-90%的水平,极少数可以达到90%以上。就笔者评测过的数十款移动电源产品来看,大部分转换效率在80-90%水平的移动电源其可用容量大多都在标称容量的60%-70%之间,不过一款移动电源的好坏除了需要看转换率外,还更需要看中其充电的稳定性和安全性。因此,评测中我们还将以实际输出电量、电压和电流作为标准,客观地展示和评价评测中移动电源的真实转换效能。

作者:啊龙责任编辑:Rocky)
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