智能手環(huán)與手機是恒壓或恒流充電嗎

吳亞梅

(衢州第二中學(xué) 浙江 衢州 324000)

隨著科技發(fā)展，智能手環(huán)、手機、充電寶、電動自行車、電動汽車等科技產(chǎn)品走進千家萬戶，以這類產(chǎn)品為背景的高考題也越來越多.此類題目信息量大，干擾信息多，每每遇到，學(xué)生常常困惑不已.

該類電器充電過程是恒壓還是恒流,或是其他方式呢？雖然高中教學(xué)大綱不要求學(xué)生掌握電源的種類和充電方式等問題，但作為教師，若能多方面了解，可幫助學(xué)生更好的解惑.

下面以智能手環(huán)為例.

【例題】智能手環(huán)是一種穿戴式智能設(shè)備.通過智能手環(huán)，用戶可以了解日常鍛煉、睡眠等實時數(shù)據(jù)，起到通過數(shù)據(jù)指導(dǎo)健康生活的作用.圖1為某品牌智能手環(huán)的相關(guān)參數(shù).

工作時額定電壓2 V充電額定電流250 mA額定功率0.001 W充電時間約120 min充電電壓5 V電池容量110 mAh

圖1 某品牌智能手環(huán)及其相關(guān)參數(shù)

下列說法正確的是( )

A.電池容量是指電池儲存電能的大小

B.該智能手環(huán)正常工作時的電壓為5V

C.該智能手環(huán)正常工作時的電流為250mA

D.該智能手環(huán)充滿電后一次工作時間最多220h

該題正確答案為選項D.由題可得，正常工作電流

充滿電后一次最多工作時間

但題中還給出了干擾信息：充電電壓5V，充電額定電流250mA，充電時間約120min.于是，學(xué)生困惑了，根據(jù)

q=It=250mA·2h=500mAh

電池容量不應(yīng)該是500mAh左右嗎？為何只有110mAh？同時，P額=UI=5V×0.25A=1.25W，為何額定功率只有0.001W呢？到底哪里出了問題？

1 蓄電池的了解

其實，這是關(guān)于電池的充電方式問題.下面一起了解常用蓄電池種類和充電方式.

1.1 蓄電池的種類

常用的化學(xué)蓄電池種類繁多，如表1所示，主要包括鉛酸電池、鎘鎳電池、鎳氫電池以及鋰離子電池等.各有其特點和缺點，使用的領(lǐng)域也不相同.

表1 常用的化學(xué)蓄電池

可見，常用的數(shù)碼產(chǎn)品，如智能手環(huán)、手機、充電寶、Ipad等使用的都是鋰離子電池.

1.2 蓄電池的充電方式

由于電池化學(xué)特性和結(jié)構(gòu)不同，往往需要各種不同的充電方法進行充電.常用的有以下3種充電方法.

(1)恒流充電法

恒流充電法是利用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法, 保持充電電流強度不變的充電方法, 如圖2所示.

圖2 恒流充電法

該方法控制簡單, 但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的, 到充電后期, 充電電流多用于電解水, 產(chǎn)生氣體, 使出氣過多, 因此, 不常應(yīng)用.

(2)恒壓充電法

充電電源的電壓在全部充電時間里保持恒定的數(shù)值,電流逐漸減少.如圖3所示.與恒流充電法相比, 充電快速.

圖3 恒壓充電法

這種充電方法電解水很少, 避免了蓄電池過充.但在充電初期電流過大，對蓄電池壽命造成很大影響, 且容易使蓄電池極板彎曲, 造成電池報廢.

(3)3段式充電法

最常見也是目前應(yīng)用最多的是三段式充電方式(即將充電過程分為恒流充電、恒壓充電和浮充充電) 及其相關(guān)方法包括恒壓限流法與恒流限壓法等.如圖4所示.

圖4 3段式充電法

第一，恒流充電階段.充電電流保持恒定，隨著充入電量增加.電池電壓也持續(xù)上升；

第二，恒壓充電階段.充電電壓保持恒定，充入電量仍然繼續(xù)增加，但充電電流不斷下降；

第三，浮充階段.蓄電池已充滿，充電電流下降，充電器充電電壓降低.目前此方式或其派生的方式占據(jù)了主要的市場份額，也是使用最多的充電方式.

2 蓄電池的檢測

以上是關(guān)于電池充電方式的理論知識，那么，實際的充電方式果真如此嗎？為更真實了解，筆者對兩款智能手環(huán)和手表做了多次檢測實驗，其結(jié)果如表2所示.

表2 兩款智能手環(huán)檢測實驗數(shù)據(jù)

檢測表明，手環(huán)和手表均為恒壓恒流充電.那么學(xué)生在解題時怎會有那么多疑惑呢？對比發(fā)現(xiàn)，上題存在以下幾個問題.

(1)充電時間或充電額定電流標(biāo)識有誤.筆者對多款智能手環(huán)和手表了解發(fā)現(xiàn)，均為恒壓恒流充電，充電時間大多1 h左右，少數(shù)2 h.從檢測看，充電電壓均為5 V左右，充電電流最大120 mA.若充電額定電流為250 mA,則其電荷量

q=It=250 mA·1 h=250 mAh

而目前市場上一般手環(huán)電荷量為100 mAh左右，較大為140 mAh.

(2)額定功率標(biāo)識有誤.由于恒壓恒流充電，其額定功率P額=UI=5 V×0.25 A=1.25 W左右，與所標(biāo)0.001 W相差太大.

為更多了解電池充電方式，筆者又對兩款手機多次檢測，結(jié)果如表2所示.

其電壓電流變化圖像分別如圖4所示.

圖4 兩款手機電壓電流變化圖像

可見，不同的智能手機，其充電方式也不相同，iPhoneX為恒壓充電法，小米9基本采用3段式充電法，而智能手表或手環(huán)一般都是恒流恒壓充電.總之，不同的智能產(chǎn)品，其充電方式各不相同.

表2 兩款手機檢測實驗數(shù)據(jù)

綜上，教師在編制和使用試題時，對試題和答案力求做到符合知識性和技巧性原則的同時，也要重視科學(xué)性原則.像上面這種試題，能考察學(xué)生的概念，多余的信息干擾更能考驗其掌握程度，因而往往被一些教輔資料和試卷所選用，給學(xué)生造成了超出考綱要求的困擾.因此，教師多了解、多儲備一些知識，也是很需要的.