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行動電源

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行動電源
各种为电子产品使用的移动电源
各种为电子产品使用的移动电源

行動電源(英語:Power bank,Mobile power pack),中國地區俗称充电宝,是一種可隨身携帶、自身能儲備電能、主要為手持式移動裝置消費電子產品(例如無線電話手提電腦)充電的便携充電器,[1][2]特別應用在沒有外部電源供應的場合。其主要組成部份包括:用作電能儲存的電池、穩定輸出電壓的電路(直流-直流轉換器)。絕大部份的行動電源帶有充電器,用作為內建電池充電。在中国大陆,很多酒店都有共享充电宝供住客移动出行时应急使用,可跨省份归还,每次为手机充电前五分钟免费。

行動電源的出現原是為消費性電子產品在沒有外部電源供應的場合充電,但由於其輸出接口為通用性極高的USB接口,使其也被應用作為其他以USB接口作電源輸入端的設備或裝置供電,例如USB LED燈、USB電風扇等。[3]

工作原理与组成[编辑]

原理[编辑]

行動電源的原理简单,在能找到外部電源供應的場合預先為內建的電池充電,即輸入電能,並以化學能形式預先儲存起來,當需要時,即由電池提供能量及產生電能,以電壓轉換器(直流-直流轉換器)達至所需電壓,由输出端子(一般是USB接口)输出供给所需設備提供電源作充電或其他用途。[3]

基本组成[编辑]

为电子产品供电的移动电源所用的电池(常见)

行動電源有三個基本功能,包括能量儲存、充電及供電[3]。隨不同設計、用途及操作便利的需要而加有其他功能,例如安全保護、電池狀態檢測及顯示等。

儲能(電池)[编辑]

為了在沒有外部電源的情況下為其他設備供電,行動電源需要有電池作能量儲存[3]。大部份的行動電源使用的電池為鋰離子電池(Li-ion)或鋰離子聚合物電池(Li-PO),有少部份的行動電源使用鎳氫電池(Ni-MH),早期也有些行動電源使用一次電池

使用鎳氫或單次用電池的行動電源均容許使用者自行更換電池,也有少部份使用鋰離子電池的行動電源容許使用者自行更換電池,這類行動電源所使用的電池多為常見及容量較大的18650鋰離子電池。讓用家可自行更換電池的好處是:

  • 當電池電量用盡時,使用者可即時換上預先充滿的電池就可以繼續使用,無需等待電池充電
  • 當電量需求不高時,使用者可視情況減少電芯數目,以減輕重量(只能使用一枚電芯的不在此述)
  • 當電池老化、使用壽命將盡時,使用者可自行換上新的電芯,以降低成本

但由於必須使用標準尺寸的電池,可更換電池的行動電源的外觀設計有相當限制,例如不可造得較薄。

鋰離子電池(Li-ion)或鋰離子聚合物電池(Li-PO)是當中不論是以重量計或以體積計,能量密度都是最高的,也即最輕及最細。此外,鋰離子/離子聚合物電池在充電及放電過程中的效率也較高(浪費掉的能量/電較少)。但價格也是這些電池中最高,而且因為過充或過放也很容易使電池永久損壞,所以需要有較精密的電子線路控制充放電。由於鋰離子/離子聚合物電池會在高溫下會自燃,安全及穩定性成了極重要的要求,需要有可靠的安全保護電路防止任何導致超溫的情況出現。

鋰離子聚合物電池則沒有硬的外殼,所以重量上鋰離子聚合物電池會略微輕些,而且由於沒有硬殼,便於製成特定尺寸以配合外觀,但鋰離子聚合物電池在充滿電後體積會略為膨脹變大,需要在設計時預留空間,免得電池內壓力過大而做成危險。

鎳氫電池效率較低,而且也較重,但新的低自放電(低漏電)鎳氫電池的自放電比鋰離子電池還低,而且在寒冷環境的性能也比鋰離子或鋰離子聚合物電池佳。

充電及供電[编辑]

而放電時,由於絕大部份的手持式移動裝置等消費電子產品都接受USB接口標準的電源供電,所以行動電源的輸出端大多跟從USB接口的機械及電器特性要求,結果輸出電壓基本都上是5V,有些行動電源設計成為手提電腦充電,手提電腦有要求非5V電源,所以有少數行動電源輸出電壓並非5V。由於高通快充的普及,市面上也出現支援快充的行動電源。 由於電池電壓與輸出電壓有差距,所以必須使用直流電壓轉換電路將電壓轉換致所需電壓,要求由於考慮電池的耐用性(續航力),對直流電壓轉換電路的效率有一定要求。

現在的電池充電集成電路多含有多樣功能,包括電池過高溫及過低溫的檢測作出溫度保護的功能(包括過高及過低),並基於電池溫度控制及調整充電過程;調整充電速率所需的電壓轉換,這轉換理論上可以線性電路方式對電池充電,但這樣會浪費能量,所以行動電源可算是全都採用開關式電源方式作充電時的電壓轉換,有些集成電路甚至兼備充電及放電所需的電壓轉換功能,充電器也負責。充電器也負責在電池充滿時停止充電。 由於手持式移動裝置等消費電子產品多使用USB micro B插座作充電接口,基於兼容性考慮,行動電源也多使用USB micro B插座作電壓輸入。

其他功能組件[编辑]

顯示器[编辑]

大部份的行動電源只有簡單的顯示功能作顯示最基本的資訊,這類產品多以一兩枚單色或多色的LED作顯示操作狀態,有些會用數枚LED顯示內部電池電量。有些行動電源能顯示較多和複雜的資訊,例如:

  • 操作模式
  • 內部電池資訊
    • 電源電壓
    • 剩餘電量, 餘下電量百分比(%)、安培小時(Ah)
  • 輸出端資訊
    • 輸出電壓(V)
    • 輸出電流 (mA/A)
    • 已輸出電量 (mAh/Ah)
快充[编辑]

若支援快充,基本上微處理器或專用芯片是必需的。

電池安全保護[编辑]

若使用鋰離子電池或鋰離子聚合物電池,那就必需有專用的保護電路。有的保護電路整合成單一模塊,稱為保護電路模組(Protection Circuit Module,PCM),並靠近電池。而電路模組上提供的保護可包括:

  • 过充保护(過壓保護):當过度充电,導致电池電壓高于设定值時停止充電。[4]
  • 过放保护(欠压保护):當過度放電,電池電壓等于或低於設定值時停止放電。[4]
  • 过流/短路保护:在電流過大或發生短路時停止放電(关断输出)。[4]
  • 温控保护:在环境温度高于或低于设定值时降低充电速度或停止充放电(也可两者兼有)。

在触发這些保護後,通常在情況恢复正常後會自動解除,但也有部分需要手动按键或充电激活才能解除。[4]

性能/規格[编辑]

  • 電池容量—以 mAhAh(安培小時)為單位,一般上,不可自行更換電池的行動電源多會標示其電池容量。
  • 輸出規格—指插座数量、插座現格、輸出電压、輸出電流、及是否支援快充(例如高通快充USB Power Delivery)等。輸出端插座通常使用 USB-A,但有部分使用 USB-C;而输入端则通常使用 Micro USB 和 USB-C,但也有部分使用 Mini USB 或是 Lightning
  • 能量轉換效率—電池在充電或放電時本身有能量損耗,而提升電壓的直流電壓轉換電路也有能量損耗,轉換效率會視乎工作環境(溫度、电压差、輸出電池…等)而改變,業界標準約為80%至90%,以現有科技,高於90%是不可能的[5]

附帶功能[编辑]

儲備電能並為其他電子裝置提供電源,這是所有行動電源都有的功能,但有些其他功能不是所有行動電源都有:

  • 照明:部份行動電源加設有 LED 作照明用。
  • 最大功率点追踪(MPPT):當以太陽能作電源為行動電源充電時,充電電路的阻抗必須等同太陽能板的「特徵阻抗」才能在太陽能板取得最大的能量,達至此状态的功能就是最大功率点追踪,部份使用太陽能充電的行動電源設有此功能。
  • 無線充電 :有些行動電源能以無線充電作输入/輸出方式,可支援以無線充電方式为自身或为電子裝置充電。
  • 充電及放電同時進行:同時為內部電池充電及為其他電子裝置供電,如此,當電池用盡後就不須等待電池充滿後才能為其他電子裝置充電。

图集[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ What is a power bank? Power banks explained
  2. ^ What Are Power Banks and How Do They Work?
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 How Power Bank Works – Principles and Concepts Explained. [2019-3-09]. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 安全使用鋰電池 利用保護電路防止過充/過放/短路. [2019-3-09]. 
  5. ^ [hhttps://www.instructables.com/id/PowerBanks-How-It-Works/ PowerBanks "How It Works"]. [2019-3-09]. 

相關條目[编辑]