移动电源容量的分析

罗敏

摘要

移动互联网时代，移动电源已成为智能手机用户的必备。利用电工学知识可直观清晰的理解移动电源的工作原理特别是困扰我们的移动电源不耐充问题，该实例可用于电工电子技术理论教学。

【关键词】移动电源 额定容量 输出容量 转化率

1 引言

在移动互联网时代，伴随着4G技术的推廣，智能手机、平板电脑等移动设备的功能日趋强大和丰富，截至2016年12月，中国手机网民规模达6.95亿，网民手机上网比例在高基数基础上进一步攀升。人们每天捧着手机上网、发微信、玩游戏、看视频的时间越来越多，手机已经成为人类的“新器官”，大学生尤为如此，每隔几分钟就刷刷微博、朋友圈，这也造成了“课堂玩手机”这一国际大难题。智能手机电池不够用成为用户共识，移动电源己成为现今必不可少的数码配件。2017年在共享经济的热潮下，共享充电宝领域更被推上了风口浪尖。

大家常常会有这样的疑问，lOOOOmAh的移动电源给3000mAh的手机充电，往往充两次就没电了，移动电源为什么不耐充？这里，我们试着“以毒攻毒”，用电工知识来分析这个问题。

2 移动电源简介

2.1 移动电源的概念

移动电源（Mobile Power Pack，MPP）也

叫充电宝，是一种兼具供电和充电功能的便携式充电器，可以给手机、平板电脑等数码设备随时随地充电，以提高这些设备的续航能力。移动电源由大容量电池作为电量储备单元，一般通过USB接口输出电能，使用方便快捷。

2.2 移动电源的工作原理

移动电源通常采用USB接口进行充放电，基于USB接口规范的要求，输入输出电压应在5+/-0.25V的范围内。将移动电源连接到5V的USB电脑接口或USB充电器上，通过其内部充电管理系统即可给其充电，移动电源的储电介质一般采用锂电电芯，充电管理系统能根

据锂电的电压，自动调节充电电流。移动电源在给其他设备充电的过程即移动电源的放电过程，锂电电芯标准电压3.6+/-0.1V，放电时须要将额定电压3.6+/-0.1V通过升压系统提升到5V，再通过USB输出。

3 移动电源的容量分析

移动电源谷量的大小往往是我们选择移动电源的首要指标。以小米NDY-02-AD为例，如图2所示，其额定容量标识为3.6V/10400mAh（37.44Wh）。

3.1 移动电源容量mA·h与W·h

3.1.1 电池容量mA·h

根据电流的定义，单位时间内里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，简称电流。

I=Q/t，可知Q=It（电量=电流A或mA×时间h），因此电池容量单位A·h或mA·h，

1000mA·h=lA·h=lA·3600s=3600C。我们看到的醒目标识单位为mA·h的移动电源、电池的容量均指电量，单位A·h或mA·h和C之间是可以相互转换的。

3.1.2 电池容量W·h

根据之前分析可知，Q=It，mA·h只能说明电池内部能够容纳多少电荷量。而由W=Pt（电功=电功率W或kW×时间h），即容量单位W·h或kW·h，lkW·h=3.6×l06W·s=3.6×l06J，表示电池能够做多少功。我们看到的单位为W·h的移动电源、电池的容量指电能，电场力所做的功，单位W·h或kW·h和J之间是可以相互转换的。

3.1.3 mA·h和W·h的关系和换算

根据电功率定义P=UI（电功率=电压x电流），可得W=UIt=UQ。

W·h是和电压、电流、时间成正比关系的量。而mA·h通常作为电池充、放电的指标，它是和电流、时间成正比关系的量。想要将两者联系起来，就必须知道mA·h和W·h之间的桥梁：电压。

可以用换算式把两个值联系起来：W·h=mA·h/lOOO×电压（V）。以小米NDY-02-AD为例，内置电芯恒定电压U=3.6V，电量Q=10400mAh，W=3.6V×l0400mA·h=37.44W·h。与铭牌数据一致。

3.2 额定容量与输出容量

依旧以小米NDY-02-AD为例，铭牌数据10400mAh是该移动电源电芯的额定容量，该数值必须对应相关联的额定电压3.6V，这样的电压是无法给其他设备充电的，必须经过升压才能实现充电功能。基于USB接口输出电压应在5+/-0.25V，在此范围内考虑到线损，适当的提高输出电压值，可以提高移动电源的兼容性和充电效率，缩短充电时间，这也与铭牌数据输出电压5.IV相符。

移动电源转换效率=（输出电压x输出容量）/（电芯额定电压x电芯额定容量）

根据转化率算法，小米NDY-02-AD即使在无损耗的情况下（转换效率100%），其输出容量=电芯额定电压×电芯额定容量×转换效率/输出电压=3.6V×l0400mAh×l00%/5.1V=7341mAh。

实际情况下，升压就会产生能量的转换过程，从而形成损耗，转换效率为100%的理想状态是不存在的，它与升压系统和输出电流有关。一般移动电源的转换率在75%?85%左右，以转换率为85%计算，小米NDY-02-AD的输出容量=7341mAh×85%=6240mAh。

在升压系统确定的情况下，当输出电流越大则相应的损耗越大，同一移动电源同一输出端口在不同的输出电流下，也会产生不同的转换效率。

小米全新的标注方式标注了电芯额定容量即电池能量的同时，还提供了5.1V1A输出条件下转换率>90%情况下的容量，例如2016年生产的小米PLM02ZM，如图4所示。

以转化率为90%计算，输出容量=电芯额定电压×电芯额定容量×转换效率/输出电压=3.85V×l0000mAh×90%/5.1V≈6794mAh，与铭牌数据相符。

小米PLM02ZM与小米NDY-02-AD相比，除了增加了5.1V 1A输出条件下转换率>90%情况下的容量标识，其输出DC5.lv2.4A 9V/12V 15W MAX是快充标识。

3.3 电池容量实测

在没有专业设备工具的情况下，仅用我们的手机和移动电源也可大致测试出移动电源的实际容量。

第一步，记录移动电源额定容量，如小米NDY-02-AD，额定容量为3.6V/10400mAh（37.44Wh）。

第二步，將移动电源充满电。

第三步，记录手机电池容量，如小米6手机电池容量为3350mAh。

第四步，用移动电源对手机充电。手机用到自动关机，然后用满电的移动电源对手机进行充电至100%，然后把手机的电量耗尽，循环反复，直到移动电源停止电流输出为止。记录充满电的移动电源可以充手机次数。最后一次未能充满，记录下移动电源电量全部耗尽情况下，手机当前的电量，折算次数。

第五步，计算移动电源的实测容量。

这里，移动电源的实测容量即实际放电容量，我们可以按照：移动电源实测容量=手机容量×充电次数，大致计算出移动电源的实际容量。

以移动电源小米NDY-02-AD给小米6手机充电为例，理想状态下即转换率为100%时，输出容量=3.6V×10400mAh×l00%/5.1V=7341mAh。可以充2.2次（7341mA·hA3350mA·h=2.2）。

但实际上，因为能量转换会有损耗，一般的转换率75%?85%左右，以转换率为85%计算，可充1.8次（7341mA·h×85%/·3350mA·h=1.8）。若被测试移动电源转换率低于70%，可基本判断该广品为不合格产品。

4 结语

综上，国内移动电源机身醒目标识的容量，是该移动电源电芯的额定容量，不是实际升压后的输出容量。这就是为什么我们lOOOOmAh的移动电源给3000mAh的手机充电充两次就没电了的主要原因。除此以外，环境、线损、手机自身降压、充电时手机的运行状态也会影响移动电源的实际充电次数。例如我们以上的测试方法中，最佳状态是在手机关机时给手机充电，但实际应用时很难实现。另根据前面的分析，衡量移动电源的实际输出容量或转换效率，须在同样的输出电压和输出电流的条件下来判断才有意义。