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小编教你如何挑选移动电源 移动电源内部结构 原理图 技术介绍

时间:2015-08-16 21:06来源:未知 作者:捉蛋网 点击:
不时听闻移动电源起火 / 爆炸的事故让人心生忧虑。该如何正确挑选移动电源呢?移动电源主要由三个部分组成:电芯、电路板和外壳。 目前市面上常见的电芯有三种。第一,通常形状为圆柱形的移动电源采用的是18650锂离子电芯。目前有70%左右的移动电源还在使用这种电芯。 第
不时听闻移动电源起火 / 爆炸的事故让人心生忧虑。该如何正确挑选移动电源呢?移动电源主要由三个部分组成:电芯、电路板和外壳。

目前市面上常见的电芯有三种。第一,通常形状为圆柱形的移动电源采用的是18650锂离子电芯。目前有70%左右的移动电源还在使用这种电芯。

第二,形状为薄片的是锂离子聚合物电芯,它优点很多,是未来的发展方向,目前越来越多的移动电源采用这种锂离子电芯。

第三,采用铝壳的锂离子电芯。这种是目前市面上最少的,几乎已经被淘汰。



一、移动电源的构成
教你如何挑选移动电源:熟记这几点天黑都不怕]
移动电源简单说由外壳、电芯、电路板构成。

电芯是移动电源的核心。现在移动电源或者使用成品的 18650 电池作为电芯,或者采用单独的电芯。

电芯的品质决定移动电源的品质。

电路板主要是控制升压降压电路,做各种监测控制,有多块芯片。

外壳起保护作用,同时还兼顾散热。

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二、电芯详解

锂电池其实都有电芯,我们的手机电池拆开也有电芯。电芯品质决定电池品质,也决定移动电源的品质。



锂电池电芯的分类很复杂。一般来说可以这样分:

一类是传统的电解液,我们就叫锂离子电池,不加其他名字,还有一类是有机聚合物当电解液,但是有机聚合物已经不是液体了,我们就叫锂聚合物电池或者锂离子聚合物电池。这是两大类。

对移动电源或者电池来说,锂聚合物电池容量要高一些,而且因为没有液体,就不会高温爆炸,安全性也要相对好一些,是消费者的首选,不过锂聚合物电池的价格比较高,性价比一般。

两大类下,根据电池正级材料的不同 (负级材料大多是石墨),分为钴酸锂锂离子(聚合物,后面就不加了,下同) 电池、锰酸锂锂离子电池、三原材料锂离子电池、磷酸铁锂锂离子电池。

这里面,钴酸锂循环次数比较少,安全性比较差,但是相对便宜,用的最多,市面上绝大部分都是。

三元材料性能更好,除了峰值电流过载不行,其他指标都不错,但是贵,用的少。

锰酸锂安全性不错,过载也不错,但是容量不行,寿命不行,用的也少。

磷酸铁锂寿命最好,过载大,但是容量不行,价格也贵,移动电源基本没有用的。

所以,我们日常能买到的移动电源所用的电芯,大多是钴酸锂锂离子电池,或者钴酸锂里聚合物电池。

从厂商分,日系有索尼,三洋,韩国有 LG、中国有力神,比克,比亚迪,都是大厂,品质有一定保证。

但是,移动电源的电芯你看不到,往往会有厂商使用小厂甚至作坊的电芯,电芯在加工的时候对工艺有要求,一些小厂或者作坊达不到就会有很高的危险性,性能也难以保证。100 次循环电量就下降的厉害。
聚合物电池
(聚合物电池)
教你如何挑选移动电源:熟记这几点天黑都不怕]

聚合物电芯性能最好,电池容量大,安全性好,还可以定制成不同形状,一般用于高端产品。但其缺点是成本高,相同容量的聚合物电芯比18650锂离子电芯贵出一倍以上。

18650电芯目前被普遍使用,其制造成本较聚合物电芯低很多,原因是它能以同一规格大规模生产。但其缺点在于安全系数较低,能量密度也较低。18650电芯的生产过程对环境要求很高,需要控制温度和湿度,是一个高污染的行业。
18650电芯
    (  上图为18650电芯)

电芯在移动电源总成本构成中约占60%,是移动电源的最核心部件。不管是哪一种电芯,主要都由四个部分构成,包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜。电解液还可分为液态电解液和凝胶电解液。

目前,所有与移动电源相关的技术革新都来集中于电芯领域。电芯行业是整个移动电源产业链中进入门槛最高的环节,单家企业投资额至少是千万元级别。

目前,世界上最领先的电芯制造商都来自日本和韩国公司,如三星、松下和LG等,他们的18650电芯至今保持着容量最大的纪录,单颗容量可以做到3000毫安以上。著名的Tesla跑车的电池系统就使用松下的NCA(镍钴铝)体系18650电池,一辆Model S上有7104颗这样的18650电池。

目前,电芯容量持续增加的突破点,就在于电池的正极材料。目前最常见的正极材料是磷酸铁锂,其容量密度不如Tesla使用的NCA(镍钴铝)体系,但成本较低,安全性也好。

目前我国国产的18650电池一般可以做到2200-2800毫安的容量,其中比较知名的品牌有比克国际(天津)、创明电池、东莞锂威、亿纬锂能(300014)、杉杉股份(600884)等等。比亚迪(1211.HK)等企业则是正极和负极材料的知名生产商。一般一颗国产18650(2400MAH)电芯的价格在6.5元左右,一节三星的18650(2400MAH)电芯的价格在8.5元左右。

三、电路详解

移动电源的控制电路主要包括这么几部分

1、锂电池管理芯片:监控整个充电过程,执行锂电池的预充、恒流、恒压三阶段充电功能。

2、MCU:PCB 板上智能控制系统,避免设备在充电时受到不稳定的电流、电压冲击而损坏; 可以对产品进行充放电控制,提供充电保护、放电保护、温度保护、漏电保护。过载保护、短路保护等多重保护,使产品性能更加安全稳定,使产品本身使用寿命更长,同时也避免不稳定的输出对手机造成伤害。

3、升压芯片:移动电源电池的电压为 3.7V,而输出电压则是 5.0V,电力需要经过升压电路才能输出。

现在已经有厂商提供三合一的方案,一块芯片全部解决,这几块芯片决定移动电源的安全性,稳定性和转换效率。

在移动电源中,电路板是一个很小的芯片,它的作用是管理电池系统。业内人士告诉记者,每个电路板的成本一般在10元以下。而在移动电源电路板上,还有一个保护芯片,其成本只有1-2元。虽然它成本很低,但作用却很大。保护芯片有两个模块,分别是短路模块和升压及降压模块,这是保护移动电源安全的一道屏障。电路板在移动电源总成本中的占比为10%-15%左右。

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四、外壳详解

移动电源的外壳一般是金属和塑料,金属大多是铝合金。

移动电源的外壳除了美观装饰,还有散热和保护的作用。

锂电池充电放电,电路升压转换,都有热量,而温度过高会引起锂电池不稳定,甚至燃烧爆炸。

此外,挤压穿刺都会引起锂电池起火爆炸,所以,足够坚固的外壳的保护还是非常有必要的。

遇到极端情况,电池爆炸起火,外壳要有吸收冲击的作用,避免伤害人体。所以综合看,金属外壳的移动电源更有优势。
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消费者对移动电源产品外壳的要求也在提高。一般移动电源外壳的材质分为两种,塑料和铝合金。业内人士告诉记者,外壳的成本一般在10元以下,再加上产品的包装,两项占到移动电源总成本的10%-15%。目前比较好的塑料外壳,都采用超声波工艺制作,其优点在于非常美观,从外表看没有接缝,缺点则在于不能打开维修,如果电芯和电路板损坏了,只能砸坏外壳一探究竟。
五、选购

如果是具有一定认知水平的用户,我们建议选购 18650 可更换电芯的产品,因为这样可以选择品质有保障的大厂高品质电芯。外壳选用较厚的铝合金材料,提供散热和安全保障。不过这种产品大多体积较大,携带不变。

对于有便携性要求的用户,我们建议选购采用锂离子聚合物电芯的金属外壳移动电源,锂离子聚合物相对安全性较好。

业内人士告诉记者,消费者在购买移动电源时,除查看产品的容量标示、品牌标示外,也可观察其USB接口的制作工艺,来直观地判断该产品是否制作精良。在品牌上,尽量选择大品牌的产品,避免山寨产品。安全性比省几十元重要的多。

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 在大量安全事故被媒体曝光后,移动电源的安全性能就成为人们考虑的重要因素。所以工程师们在设计移动电源产品的时候应该在保护模块花费更多心力。那具体到产品内部,它又包括哪些保护模块呢?
什么是移动电源?从表到里详细介绍其概念

  1. 过充保护

  锂电池过充保护是用电源管理芯片去检测电压实现的,芯片内部在基准设置状态下(手机锂电池一般为3.5V)。当基准慢慢上升,当上升到VSS-VDD设 计值时,这时的电压就是保护过充关断电压,通过逻辑关系输出低或者高电平来控制外部控制电路来实现过充保护。当电压缓慢下降时设置VSS-VDD电压值来 取基准值当基准检测到在设置以下时,这是逻辑关系解除过充保护。

  2. 过放保护

  过放保护电压是指放电过渡时保护电池的最低电压,放电到这个电压点时,保护电路切断电路,达到保护电池的目的。根据电池寿命与放电深度的关系及电池电压 与放电率和放电深度关系,结合设备实际负荷,确定电池放电终止电压,设计电池放电防护电路。

  3.短路保护

  短路造成的回路电流一般在额定工作电流的10倍以上,而过电流保护需要延迟约几十毫秒,直接短路导致的数十倍额定电流在几十毫秒内也会对电池组的性能产 生影响。现有的保护方式有PPTC法,该方法是通过电流产生的热切断回路,也需要毫秒级的反应时间,同时增加了回路中的阻抗。也有专用于电池组的短路集成 芯片,此芯片应用范围窄、成本高。

  4.PTC介绍

  PTC正温度系数热敏电阻又称 polyswitch,聚合物自复保险丝(polymer resettable fuse)聚合物自复保险丝由聚合物基体及使其导电的碳黑粒子组成。由于聚合物自复保险丝为导体,其上会有电流通过。当有过电流通过聚合物自复保险丝时, 产生的热量(为I2R)将使其膨胀。从而碳黑粒子将分开、聚合物自复保险丝的电阻将上升。这将促使聚合物自复保险丝更快的产生热、膨胀得更大,进一步使电 阻升高。当温度达到125°C时,电阻变化显著,从而使电流明显减小。此时流过聚合物自复保险丝的小电流足以使其保持在这个温度和处于高阻状态。当故障清 除后,聚合物自复保险丝收缩至原来的形状重新将碳黑粒子联结起来,从而降低电阻至具有规定的保持电流这个水平。

什么是移动电源?从表到里详细介绍其概念 (责任编辑:捉蛋网)
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