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石墨烯动力电芯首秀 超电宝NFA1评测第一波

最近华为的石墨烯电池惹人关注。关于它到底是不是石墨烯的问题引发了争论。实际上,号称做出了石墨烯锂电池的远不止华为一家。网上一查,好几家新能源公司都打起了石墨烯概念牌。且不管他们到底是炒作还是啥,总之能拿出成品才有说服力。

最近收到了一个来自江苏超电新能源科技(NESC)的充电宝-超电宝,主打石墨烯快充概念。之前石墨烯概念在电池中是一个热点,主要是石墨烯在正极负极都有用。正极可以通过石墨烯的高导电性提高动力性,另外用石墨烯修饰正极材料表面可以提高正极稳定性。石墨烯的双电层效应可以利用来提高电池的瞬时脉冲放电能力,负极可以代替碳材料来提高嵌锂速度,提高倍率性能。总之呢好处主要是电池的倍率性能能提高很多。不过由于石墨烯本身振实密度所限,并不能有效提高电池容量。不管怎么说呢,总之一句话,石墨烯能够让锂电池快充快放,特别是快充能力。快到什么程度呢?实验室有做到100C以上充电的。这次就收到的超电新能充电宝,号称800s充电,说明书上说的约15分钟。到底实际如何有待测试。

先看看外观咋样再说。包装就是现在手机移动电源常用的纸盒形式。正面写着充满只需800s。

背面写着“超电未来,超越你想”,标称容量3.7V 5800mAh。

四个侧面:



总之 包装看起来还挺清爽。

打开包装盒内有一个移动电源,目测大小和小米10000聚合物版本差不多。果然用了强调倍率的动力电池,能量密度就只能妥协了。

移动电源正面印着NESC四个大字,香槟金颜色还不错。印字摸起来应该不是激光刻蚀,而是印上去的。


背面则印着一些参数:
参数有亮点,但还是有些不尽如人意之处。快充DC输入有12V5A,看起来很不错,实际能不能达到有待测试。输出5V2A则有些普通,实际测试也说明确实如此,Micro口5V1A输入的速度着实有些慢。

顶部面板:一个DC输入、一个MicroUSB输入和一个USB输出,一个开关,4个指示灯。

取出移动电源后,内有保修卡和说明书等:

下面一层有两个附件,一条MicroUSB线和一个快充电源适配器。

USB线看起来马马虎虎,外观倒是不错。

快充电源,标称12V 5A输出。

插头可以折叠,便于携带。

接下来测试下移动电源的性能吧。
首先是DC快速充电测试,先把充电宝放到自动关机。采用一个东震的DZ2405 USB表,通过diy的DC转USB转接头来测试DC充电电压和电流。通过这个表的上位机监测充电的电压电流。

数据导出后,用软件绘图,结果如图:

从图中可以看出,输入电压确实在12V左右,充电输入的电流最高能达到4.21A。随时间推移而变化,先升高后降低。到输入电流降低到约为3.5A时终止充电。

充电时间960s,还是超过了标称的800s。另外,后面提到实际上的容量只有3500mAh。理论上真用5800mAh的电池,充电时间会相应延长到1590s,几乎是标称值两倍。这只能说厂家为了博眼球在夸大其词了。

拆开移动电源后用EBD-B10监测了下电池的充电曲线,如下图所示:

电池电压是升高到4.28V左右突然停止充电。推测有两种可能性。一种是利用单片机控制降压IC 关断充电(可能性大)。另一种是 保护板过压保护动作。不管怎样,快充并不采用CCCV的算法,这是为了缩短充电时间。看起来对于这种电池效果不错。充满后电压正好降到4.2V左右。最高电压也没有破4.3v,不会造成电解液分解的问题。

慢充测试
找个5V充电器,用EBD-USB检测充电的电压电流。

结果是时间好长,用了6小时多充入3394mAh。前面还有一大段的小电流充电过程,拆开监测放电后发现电池放电截止后电压会低于3V,因此推断小电流充电来自充电IC预充电过程。说明书标称约2小时充满是纯属胡扯。输入电流就0.8A。全程恒流0.8A充2小时也才1.6Ah,是不可能充满的。拆开后发现充电IC是线性的,因此输入容量就是电池容量。对,你没看错,电池容量远远达不到5800mAh,原因容后再说。

移动电源的放电能力测试采用EBD-USB+测试USB输出口的放电能力:

正如标称值5V 1-2A一样,无法维持全程2A。
电池满电时最大能到2.3A。

奇怪的放电电压曲线实际上是单片机对放电电压做了一个软件线损补偿的结果。总之补偿还是有的,不过这种补偿的形状有可能造成一些手机误判移动电源的输出能力为1A以下(电压拐点判断法),请看图中的电压拐点便知。不知道这形状是否是单片机程序设计不当造成的。截止2.3A是来自单片机的过流保护。实际上可能升压芯片还有少量输出能力的余量。亏电时,只能输出为1.9A最大,且之前电压已经大幅度降低。这应该是升压芯片限制了电池端输入最大电流,因此输出功率有限所致。

2A放电容量测试:
放出1981mAh,基本上就是单节3500mAh的LG INR18650-MJ1配合ETA9686单节移动电源的水平。

拆解
首先和小米10000类似,用撬棒把头尾塑料贴片撬开。露出螺丝。


然后拧开螺丝取出头尾的隔板。隔板为铝合金材质。

尾端用704硅橡胶粘合,需要小心切割掉多余硅橡胶。

推出电路板和电池组合体:


电池表面有保护黑色海绵。

电路板正反面:

USB输出和DC输入都采用沉板设计降低厚度。

看看主要的芯片:

上图是USB输出升压IC和MCU主控单片机。主控来自SONIX(台湾松翰)。升压IC我也不知道具体的厂商和型号。从封装看,输出功率不会很大。实测只有5V,不支持任何形式快充。电感1R0工字,山寨水平,颜值还低,1R0的感量说明这个升压IC的开关频率较高。

再看12V的输入IC,美国TechCode的降压方案TD8652。MOS采用TechCode的MOS TDM3428,其中左边的两并3428是用于BUCK同步续流的下管,而右边的单个3428则是降压主开关管。

除此以外,背面有个AO1712 NMOS也是12v降压电路的组成部分,负责关断DC的输入电压。

而5V MicroUSB输入的充电电路就实在不怎么说的过去了。
如图:

一个5056芯片。其实也就是TP4056的仿制品,线性1A充电电流最大,而且实际上设置为0.8A,充电速度可想而知。而且,根据厂家提供的数据来看,这款石墨烯电池放电电压可以下探到2.1V。所以意味着放电完毕后,电池电压甚至会低于5056预充电电压导致充电速度进一步变慢。

左上角mos管就是AO1712,右上角运放LM358我只能说 无可奉告。因为我也不知道干嘛的。电路分析就到这里,总之呢12V输入部分用料不错。MCU中规中矩,其他的?我只能说都是些拿来凑数的辣鸡。为啥这么烂?因为这个移动电源是试制品。厂家是做电池的,移动电源只是为了体现他们家电池的性能而已。

再看看保护电路:

一个电池保护控制IC加上9个8205B MOS管并联,预计保护动作电流在19A上下。可以满足大电流充电需要。

因为这个板子完全无法发挥这个电池的性能,单独拆出电池来测试电池性能,看看这个石墨烯动力电到底几斤几两。
找出了EBD-A30L(最大30A放电)

根据厂商所说,由于是实验产品,实际采用的电池并不是5800mAh的锂电池(5C充电10C放电),而是最大连续充放电倍率可达30C(105A),最低能放到2.0V的3500mAh石墨烯电池。(这里不得不吐槽,这么大倍率的动力电用来做快充移动电源都是性能严重过剩了,实际充电中电流估算最大也就13A,连5C都没有达到,所以这货是小米10000的体积和重量,3500的容量)。

测测看30A(8.57C)放电到2.0V。结果达到了3254mAh。电池只是微热而已。8C放电从曲线看起来比半动力型的18650 3C 放电还轻松。

再看看0.2C容量测试,
可以看出0.2C放电下,起始放电电压没有像常见电池一样有个下降,说明电池内阻极低。电池容量达到标称的3500.

电池0.2C充电CV过程极短。

由于30C(105A)充放电暂时没有设备,留待后续测试

总结

3500mAh的30C石墨烯电池动力表现当然非常厉害。虽然不知道是否用了石墨烯,不过放电曲线的确与一般的锂电池(包括高倍率的钴酸锂动力电)完全不同。

虽然电池动力性表现很好,但是得说这个移动电源整体从设计一开始就跑偏了,在如此好的电池基础上,做成这样的产品,产品经理要拖出来打。

首先,这个移动电源肯定没有5800mAh标称值,只有3500mAh。由于是实验品与实际出售的产品电池类型不同,倒也不算虚标(反正也买不到的实验品)。

首先移动电源容量太小、能量密度太低,受到电路的限制,快充又达不到其宣传的水平。即使换成5800mAh容量的电池,移动电源电池容量5800mAh却和小米10000mAh聚合物充电宝差不多大和重,能量密度太低了。而且如果不改PCB的话,那也不过是一个充电很快(但是需要接近1600s而非800s来充满)的移动电源,为了快充同时还需要额外带一个没啥其他用途的12V专用电源来充电,进一步降低了便携性。当然有人说可以依靠车充,这固然没错。但一旦离开汽车,到了需要市电充电的地方,若用5V充电头来充电,充电电流0.8A就比目前90%以上的非山寨移动电源和50%以上的山寨移动电源都要慢,只相当于香水移动电源的水平。同时还不支持任何快充输出,输出能力连5V2A都无法全程保持。

我觉得论起整个移动电源实用性很差 ,或许厂家目的只是用来展示自家电池性能,建议做成带有快速充放电功能的汽车应急启动移动电源。

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