手机充电器充电过程研究

【前言】手机充电器充电过程研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。2 力图对锂离子电池的容量、充电速度进行研究分析 容量：容量是电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量。国际单位制中，容量的单位是安培・小时（简称安时，以A・h表示，1A・h=3600C（库伦））。由于许多电池的容...

[摘 要]文章介绍了手机电池容量的概念，对手机锂电池充电过程进行的实验，给出了正弦波半波整流，三角波半波整流，锯齿波半波整流，恒流电流，恒压源（电源电压4-23～4-25波动）以及电池放电（电阻10欧，电池电压3-8伏）等充放电实验数据，并对实验结果进行了分析，得出了结论。

[关键词]手机电池；电池容量；充放电；手机充电器

[DOI]10-13939/j-cnki-zgsc-2015-27-267

1 引 言

随着科技的进步和人们生活水平的提高，手机的应用越来越普及，尤其是年轻人几乎人人都有手机。而手机是个移动设备，需要一个能和手机一起移动的动力装置手机电池。电池的种类比较多，但真正能满足现代屏幕手机用电要求的电池并不多，实践结果证明锂离子电池是为数不多的电池类型中比较好的一种电池。所以，现在国内国际各大手机厂家无一例外都选用锂离子电池为自己生产的手机充电。因此，锂离子电池的容量、充电速度及安全性受到越来越多人的关注。

2 力图对锂离子电池的容量、充电速度进行研究分析

容量：容量是电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量。国际单位制中，容量的单位是安培・小时（简称安时，以A・h表示，1A・h=3600C（库伦））。由于许多电池的容量比较小，许多地方也用毫安・时（mA・h，1A・h=1000mA・h）表示。

对于一节电池而言，电池容量并不是一个固定值，不同条件下分为理论容量、额定容量以及实际容量三种。理论容量即化学容量，指电池内部所有参与电化学反应的物质全部反应后能放出的电量之和；额定容量指电池在规定的放电电流，温度及终止电压下放出的电量；实际容量指电池在真正的负载上使用时的可用容量。由于实际使用的放电电流、工作温度等条件和额定容量的测试条件不同，电池的实际容量和额定容量之间往往存在较大差别，而理论容量是永远不可能达到的放电电量。

电池容量的测试方法分为恒流放电法和恒阻放电法，其中恒流放电法最常用，测试原理就是对电池施加一个恒定的放电电流，并累计时间，当放电到电池电压低于某个电压（终止电压）时，停止放电，累计的总时间×电流就是电池的容量。

速度：在电池充放电过程中，通常用充电放电速率来表示充电速度的快慢。充电速率（charge rate）或放电速率（discharge rate）。

定义： 无论电池的实际容量和规定的终止电压是多少，如果电池用1h充或放电完毕，称为1C充或放电；5h充或放电完毕，称为C/5充或放电，以此类推。

充电实验：为了研究分析电池的容量和充电速度，我们在实验室对两块电池施加几种电压进行了测试。

设备：直流电压源，电流源，信号源，示波器，电压表，电流表，安时计，电池充电座，三极管，二极管，烙铁，导线等。

第一种电路如图1所示，电源是信号波发生器，可以发出正弦波，三角波，锯齿波，矩形波。为了模拟市电充电，信号频率取50Hz，由于信号波发生器的功率比较小，不能直接为电池充电，所以加入功率放大电路。图中三极管为功放管，我们选取了输出电流5A的达林顿管。直流电源VCC电压为15V。因为没有设置三极管的静态工作电，三极管发射极E点电压不是正弦波而是半波，不过由于三极管基射极正向导通电压的存在，E点电压只能是“准”半波，此半波再经电容C滤波后输出整流滤波电压，加在电池两端。图1中的电阻R0是对电池而言，充电电源的内组，其实是电源内组，三极管等效电阻及导线电阻的总和。为了测量充电电流电压又分别串联和并联的电流表和电压表。

图1 半波整流电容滤波充电电路图

第二种电路如图2、图3所示，电源直接用输出电压可调的直流电压源和恒流源。所要说明的是，实际测量时还使用了安时计。此次试验用的安时计可以显示时间、电压、电流及电池充放电容量。为了保护电池过压、过流充放电，安时计还设置了门限控制。当充电电压或电流等于事先设置的充电上限电压或电流时，安时计中的相应继电器会切断电路，当电池电压低于充电下限电压或电流时，安时计中的相应继电器又会自动合上电路，继续充电；同样道理，当电池放电时，为了防止放电电流过大或电压过低损害电池，安时计设置了放电下限电压，当电池电压等于放电下限电压时安时计中的相应继电器切断电路，当电池电压高于放电上限电压时，安时计中的相应继电器又会自动合上电路，继续放电。放电电流的下限没有进行控制。

图2 直流电压源电池充电电路图

图3 恒流源电池充电电路图

下面是各种电压充放电数据，原始数据比较多，由于篇幅有限不能全取，这里只取有代表性的一部分作为分析的依据。

表1 正弦波半波整流充电数据

3 分 析

（1）正弦波半波整流电容滤波，因为滤波电容比较大，输出的电压比较平稳，又考虑到电池规定的充电电压上限是4-2伏，所以电源提供给电池的电压基本上是4-2伏。因为当时并没有考虑到过压充电，所以没有上限电压保护，也没有使用安时计。由表可见，随着时间的推移，充电电流在逐渐减小。

（2）三角波半波整流充电。这次没有加滤波电路，使用了安时计，因为将安时计设置的上限电压为4-35V，所以数据是没有启动保护电路前的数据。电池的电压、容量都随时间的推移逐渐上升，但充电电流刚开始时并不大，但很快电流就升高，最大达到155A，但随后又基本在降低。

（3）锯齿波半波整流充电。电池的电压、容量都随时间的推移逐渐上升，充电电流总的来说变化不大。

（4）恒流电流充电使用了安时计，电池初始电压为3-91伏，并设置了电压保护控制，开始时上限电压为4-2伏，到31分钟时，电压已经充到4-2伏，保护电路启动切断充电电路，本以为电池已经充满电，但当再次显示电池电压时却发现电池电压为3-93伏，远没有达到电池充电电压的上限4-2伏，于是再次合上电源继续充电。但仅仅过了两分钟，安时计自动保护电路又开始启动切断电路。估计即便再接通电路也不会再充多少电，于是大着胆子将安时计上限电压提升到3-3伏，结果充到69分钟时电路又被断开，而此时电池电压是4-04伏，仍然没有达到上限电压，于是又将安时计上限电压提到4-35伏，到106分钟时，电路又自动断开，电压是4-11伏。由于担心电池会损坏，上限电压没有再提升。从实际测量的数据可见，电池充电上限电压不是指电池充电时加在电池两端的电压，而是指充电后电池两端的静态电压不超过4-2伏。许多厂家都说电池充电限制电压4-2伏，不知它们的真正含义是什么。从此试验的结果看如果确实是充电时加在电池两端的电压不能超过4-2伏，要想电池“充满”实在是太困难了。

（5）恒压源充电。我们做了电源电压是3-7伏，4-2伏，4-25伏三种情况的试验，因为篇幅问题只给出了第三种情况的数据。从数据上看，恒压源充电和恒流源充电类似，也出现“虚”电压的情况，充电时间很长电池却远没有“充满”。

（6）电池放电。我们也做了几种情况的放电，这里给出的是放电电阻式10欧的数据。此试验也使用了安时计，我们把放电下限电压设置为3-6伏。从试验的数据看，放电过程也存在“虚”放现象，当放电电压达到3-6伏时，保护电路启动，但当停放一段时间后发现电池电压又回升至3-62伏，第二次保护电路启动后，我们停了比较长时间，电压回升至3-68伏，后面还有记录，但因为篇幅限制就取这么多，显然，此时还有相当多的电量没有放完。表中出现0-15～0是因为此时显示的值跳动很快无法及时记下，只能记下区间。

4 结 论

结论1：手机电池电压3-7伏和上限充电电压4-2伏，都不是一个绝对的标准，充电电压高于4-2伏和放电电压低于3-7伏，也不一定能把电池损坏。各个厂家执行的国际标准只是一个对电池有较好保护的标准。当然由于试验的时间、条件等限制，也许还有其他问题没有暴露出来，比如电池寿命，我们无法等几年的时间来判断哪种充电对电池的寿命影响较大。

结论2：电池充电最好不要用恒压恒流源充电，因为充电太慢，可以考虑用正弦波、三角波、锯齿波和矩形波整流充电，充电的“虚”电压会比较小，充电也较快。

结论3：电池可以先采用大电流充电，等电池电压达到上限值后再改用整流电压充电，直至达到“充满”要求。