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移动电源

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移动电源

图片:移动电源(图源:pixabay.com)

移动电源(Mobile Power Bank),也叫充电宝、行动电源、行动充电器等,是一种个人可随身携带、自身能储备电能、可为移动式设备尤其是手持式设备(如手机、平板电脑等)充电的电源产品。移动电源通常应用在没有外部电源供应的场合,其主要组成部分包括存储电能的电池、充电管理电路、放电管理电路等,典型产品为直流5V输入、直流5V输出。[1]

一、组成结构

移动电源的产品结构比较简单,主要由储电介质电路板外壳三部分组成。其中,储电介质有聚合物电芯和锂电芯两种,目前多数移动电源采用锂电芯,而锂电芯当中18650电芯占主流。单节18650电芯的输出电压在2.7-4.2V之间,容量为2600m Ah。为了增加移动电源的储电容量,通常采用并联多节电芯的方法,所以移动电源的产品标称容量一般为2600mAh的倍数。

图片:小米移动电源(图源:item.m.jd.com)

电子数码产品电池的工作电压范围也为2.7-4.2V,为了能够对其进行充电,移动电源内部必须有升压电路,在放电前把输出电压提高到5V。相应的,移动电源的充电电压 (即输入电压) 也为5V,通过外置电源适配器或电脑USB端口进行直流充电。[2]

二、发展历程

2001年,CES展览上出现了最早的移动电源产品模型,由几节AA电池构成储电电芯, 外加一个控制电路实现充放电。当时储电电芯的制造技术不成熟,体积比较大,循环寿命不够长,但该产品模型为后来移动电源的结构奠定了基础,现在的产品基本都是在此结构基础上进行优化设计的。

图片:移动电源的大致发展进程[1]

2004年,华旗推出了“动力舱”品牌的移动电源,同时市场上也涌出了一大批移动电源的生产厂商,例如“爱国者”、“超牌”、“技展”、“海纳通”、“广业”、“IWALK”等。经过一段时间的发展,移动电源在结构上开始具备了基本的产品雏形:储电电芯、管理电路以及控制芯片。由于没有相应的外部消费需求驱动,移动电源并没有形成有效的产品市场。

2007年,苹果推出iPhone,凭借其强大的软件功能应用,迅速凝聚了大批忠实消费者。由于iPhone为整机设计,使用过程中不能更换电池,一般情况下续航时间只有4个小时,因此iPhone玩家开始购买移动电源,成为移动电源的最大客户群。

图片:2018年全球(按地域)移动电源市场规模 图源:郑杰昌,耿振峰,谢志利,蒋皓静,何鹏林,王晓冬, 移动电源行业现状分析[J], 安全与电磁兼容, 2019(06):82-86.

2009年起,随着智能手机、平板电脑等移动终端的迅速发展,移动电源的需求也急剧提高。2011-2013年,移动电源市场的规模年均增速达到70%左右,截止到2013年底,中国的移动电源生产商接近5000家,产业规模达到105亿, 同比增长81.03%。[2]

三、选择指标

(一)转换率

转换率是移动电源的核心之一,在没有专业测试设备的情况下,用户无法测试出移动电源的转化率是多少,需通过专柜了解。通常,对于转换率的要求是85%以上。[3]

(二)兼容多样性

由于各种电器产品的具体电路设计不同,移动电源不可能对每一种电子产品都支持充电。因此,是否能够尽可能多的应用于各种电子产品,是衡量移动电源的主要指标之一。[3]

(三)容量选择

图片:充电宝容量(图源:http://news.hexun.com/2015-06-03/176416924.html)

如果只是在短时间内应急使用移动电源,选择5000Ah左右的移动电源就足够了,其能够为智能手机充满电2次,且移动电源本身的充电6小时即可完成,完全可以满足一般用户的使用需求。[4]

(四)充电时间

此处充电时间指的并不是移动电源对手机设备的充电时间,而是电源对移动电源的充电时间。在选择移动电源时,应当注意充电时间,用移动电源的容量除以充电电流,再除以0.8的做功转换系数,即可得出大致的充电时间。[4]

(五)安全性

电池爆炸是很多人购买移动电源时的担忧,其实锂电池在正常使用的情况下是非常安全的。但在短路、高温等环境下,锂电池会发生变化,这是由于锂离子的活泼性所导致的。在短路和高温时,锂电池很容易鼓包,甚至发生爆炸。但如今市面上的锂电池都是软性包装,没有外面的铁壳包裹,正常使用是较为安全的。[4]

(六)输出口数量

图片:多接口移动电源(图源:pixabay.com)

如果常常使用的移动设备数量在两个或者两个以上,最好选择两个输出口的移动电源。另外,如果使用平板电脑,也最好选择两个输出口,因为其中一个输出口是2A输出的。一般两个输出口会是一个1A、一个1.5A,或者一个1A、一个2A的,视乎容量的大小而定;如果同时使用移动电源的两个输出口,两个输出口都会是1A的。[4]

(七)重量问题

重量也是考量移动电源的一个重要指标。这里的重量指的不是移动电源的绝对重量而是相对重量。例如,同样是6000Ah的移动电源,在外壳材质相同、体积大小差不多的情况下,越重的移动电源越好,一些厂商是存在虚标容量的情况的。在没有专业检测工具的情况下,重量是最直观的参数,标称相同容量、相同材质、相近体积的两块移动电源,轻的那块一定是虚标容量的。[4]

四、存在问题

(一)行业不规范

大量的山寨厂商甚至小作坊进入,导致行业内鱼龙混杂,势必形成无序竞争和资源浪费。从长远来看,将会对移动电源产业造成不利影响,导致研发投入不足,企业难以发展壮大。[2]

(二)用户信任危机

移动电源行业自律性差,急功近利的投机行为比较普遍。目前市场上大部分的移动电源产品都没有经过权威机构的专业检验,产品的安全性、可靠性及稳定性毫无保障。在购买使用后,不少消费者都反映产品的实际充电能力和销售宣传相差甚远,虚标现象十分明显。长此以往, 国内移动电源产品一旦出现信任危机, 国外知名企业将会迅速占领市场。[2]

图片:移动电源抽查结果 图源:郑杰昌,耿振峰,谢志利,蒋皓静,何鹏林,王晓冬, 移动电源行业现状分析[J], 安全与电磁兼容, 2019(06):82-86.

(三)安全问题

由于行业规范的欠缺,在储电电芯、电路板以及控制芯片等方面,不同厂商之间的用料差异比较大。一些不良的移动电源厂商为了降低生产成本,在产品的生产过程中使用B类电芯,导致产品的性能达不到要求,另外还增大了自燃或爆炸的几率,尤其是大容量的产品,由于具有多个并联的电芯,一旦发生爆炸,后果不堪设想。

另外,有些消费者在使用过程中经常对移动电源进行超时充电,导致电芯、电路板过热而损坏其保护电路,长期使用存在严重的安全隐患。[2]

图片:充电宝发生爆炸 (图源:http://epaper.voc.com.cn/sxdsb/html/2018-02/28/content_1290116.htm?div=0)

五、发展趋势

(一)太阳能薄膜电池的应用

移动电源要想取得更大突破,首先必须在储能部件,比如锂电池上下功夫。目前国内移动电源使用锂电池的居多,使用太阳能薄膜电池的很少。太阳能薄膜电池生产成本较低,技术也比较成熟。当前光电转化率最高的是铜铟镓硒太阳能薄膜电池,其光电转化率可达20%,但与超过 30% 的理论值仍相距甚远,主要难题是材料中的铟、镓分布和比例难以达到理想值。

尽管薄膜电池的技术要求较高,但国内已经拥有薄膜太阳能电池组件的生产、研发以及晶体硅太阳能电池组件的生产能力,目前生产的铜铟镓硒薄膜太阳能电池属于第二代光伏技术中光电转换效率最高的薄膜太阳能电池,很适合应用在移动电源产品上。太阳能应用的效率和清洁性毋庸置疑,太阳能薄膜电池的实际使用,对于移动设备的使用扩展将起到非常明显的推动作用。[1]

(二)突破接口限制的无线充电

图片:三星无线充电(图源:http://www.sh915.com/goods-7091.html)

随着更多的手机开始支持无线充电,手机配件领域紧跟技术前沿,出现了可以无线充电的移动电源,无线充电因其独特的充电方式,在充电效率、安全保护等方面都会有特殊的限制。目前主流的充电技术为“Qi”,带有“Qi”标识的各企业不同品牌的手机直接放在移动电源上就可完成充电。无线充电的移动电源还能自动识别不同的设备和能量需求,适时启用快充 模式。目前国内市场上已经出现了无线充电的各种移动电源,但还有诸多问题尚待解决,例如与手机兼容性的问题、接口限制的问题、转换效率的问题。[1]

(三)移动电源的多功能化

功能的多样化也是未来移动电源的发展方向之一,作为智能设备的必备产品,移动电源除了提供电能补充,还可以集成信息传输、网络传输等其他功能。随着新技术的不断兴起,很多厂家推出了多功能的移动电源,通过功能整合集中的方式提高移动电源的附加值。[1]

(四)移动电源的轻便化和共享化

轻薄化是移动电源发展的主要方向,摒弃笨重的 18650 圆柱电池,改为采用更轻、更薄、更具可塑性的软包装锂电池已是大势所趋。另外,由于互联网技术和共享商业模式的日趋火热,无需购买、可以随租随用的共享移动电源(俗称“共享充电宝”)也将有很好的发展前景。[1]



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