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如果把充电宝的输入输出接起来会发生什么 [复制链接]

 

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请问有坛友做过这种事情吗?

后果会是怎样的呢?

如何避免这种后果呢?

欢迎大家畅所欲言

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孤单的孤单   详情 回复 发表于 2021-6-1 22:51
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沙发
 

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这个问题并不如许多人想的简单。充电宝内部有升降压电路,因此整个充电宝内部根本就不是线性电路,用高中和初中物理的电路知识是不能解决这个问题的!

  我在回答之前初略看了一下其它人的回答,发现问题主要有以下几个:

  (1)把充电宝的输入输出端短接是不是就等于把锂电芯正负极连接起来?

  答:否,不会短路。充电宝的输出端和输入端不等于锂电芯的正负极。充电宝内部还有各种升降压电路和保护电路,输入输出口连接的只是这些电路而不是直连锂电芯。

  接下来从理论上分析一下这个问题。假设我有一节3.7v的锂电芯(视作恒压源,当然实际并不能这么考虑,因为忽略了电压可变的现象):

  

    充电宝内部的5v升压电路大概长这样(LC间遗漏了一个二极管,感谢指正)

  

  而给电芯充电的电路大概是这样,(只考虑恒压过程,对应电芯高电量时的状态)

  

  假如把输出输入端短接,整个电路是这样的

  

  这个电路拓扑里面的电池是明显没有被短路的。

  假设接上线这个电路就会不断工作(排除部分能自动识别这样误操作并断电的产品),能量守恒定律告诉我们整个系统会不断地消耗电能。那么电能到跑哪去了呢?极端情况下这样做又是不是有危险呢?充电宝在正常工作时,两个MOS管都会在导通和截止之间不断地转换,大概就是这样:

  (同时)导通:

  

    (同时)截止:

  

  可能已经有人看出来了,当升压电路里面的MOS管导通的时候,电芯的正负极之间会通过一个电感发生短接。根据电感的电抗性质,一开始这个回路是处于一种类似“断路”的状态的,当维持的时间趋向于正无穷时,电芯就相当于直接被短路了。但是,充电宝内部的MOS管在正常工作的过程中,开关频率一般都大于100kHz,有很多产品已经达到了MHz的级别,每个周期持续的时间极短,看上去是比较安全的,但是不能忽视的是目前充电宝所使用的控制IC大部分都是采用了PWM调制的方式进行调压,因此一般情况下锂电芯并不会被直接短路,但是存在瞬间大电流放电的危险。

  (2)既然理论上的电路不会有严重危险,那实际产品又是会不会有差别?

  下面是TI的BQ24195控制IC的application schematic和block diagram:

  

    BQ24195的block diagram:

  

  (来源:BQ24195 datasheet,TI保留版权)

  上面的电路配置就有点复杂了,而且因为MOS都集成到了控制IC里面,所以看着有点绕。但是不难看出,实际使用的电路配置和我在草图中绘制的电路原理图是基本一致的,因此问题(1)中的分析在这里同样适用。

  (3)为什么我的充电宝输入输出端口用USB线连接起来以后会显示正在充电,电量却越来越少,有的还会严重发热?

  总的来说,如果把输入口和输出口用一根USB线连接起来,控制IC为了保持输出端口的5v以及4.2v的电池端口充电电压,会驱动MOS管一直工作。工作过程中产生的纹波会通过电容回到功率地,最终回到电池的负极上。也就是说,在理想的情况下,充电宝会进入一种缓慢放电的状态(纹波可以理解为小的电压波动,只是输出电压内非常小的一部分)。状态灯显示是充电状态是因为输入端有电压输入,但是实际上充电宝的电量是不会增加的。

  上面的都是理想的分析,实际的电路并不都像这个BQ24195的DEMO一样配置,采用的元器件质量不可能相同,因此实际上电芯的放电速度可能会比理想情况快得多,因而出现发热的情况。但是正常的充电宝在输出电路上面会有一定的限流措施,锂电芯上面也会有独立的保护电路,因此并不会出现锂电芯爆炸的情况。

  在技术层面上深入讨论这个问题的话,现在的充电宝为了提高效率一般都采用了synchronous buck(原理图中是asynchronous),而若其中开关管的duty cycle modification只是简单地做反相处理而没有考虑这种恶作剧的话,上管占空比很小的情况下buck会由CCM进入DCM,再加上锂电芯就等效为一个boost拓扑了,这时整个电路会发生震荡,再加上感性元件放电,buck中的电容非常容易被击穿,如果充电宝中采用的是电解电容,就有可能会爆浆,这时候就呵呵了。

  综上所述,把充电宝的输入输出口用一根线连接起来的问题不在于“短路”,但假如充电宝不能自动识别并且自动断开输出,甚至严重发热,请马上断开连接。

  (PS:本人在回答前已经在很多个不同生产厂商不同型号的充电宝上面进行过实验,均无大碍)

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完美答案,清晰明了,读之如沐春风  详情 回复 发表于 2021-5-28 09:23
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之前试过,充电宝会显示正在充电,但是具体原理分析不来,期待大佬的分析!

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自己给自己充电吗?哈哈哈, 之前好像有听说会没反应,充电宝好像不能同时自己充电,又同时给设备充电。 朋友试过充电宝充电的时候充电宝在给手机充电,不能同时充, 这个短接应该是一样的吧    详情 回复 发表于 2021-5-27 10:39
 
 
 

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w494143467 发表于 2021-5-27 10:13 之前试过,充电宝会显示正在充电,但是具体原理分析不来,期待大佬的分析!

自己给自己充电吗?哈哈哈,

之前好像有听说会没反应,充电宝好像不能同时自己充电,又同时给设备充电。

朋友试过充电宝充电的时候充电宝在给手机充电,不能同时充,

这个短接应该是一样的吧

 

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可以试试,你这头像是什么游戏。  详情 回复 发表于 2021-5-27 10:47
 
 
 

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1nnocent 发表于 2021-5-27 10:39 自己给自己充电吗?哈哈哈, 之前好像有听说会没反应,充电宝好像不能同时自己充电,又同时给设备充电 ...

可以试试,你这头像是什么游戏。

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我也不知道,是一张世界地图,你这么说好像是有点像某个游戏  详情 回复 发表于 2021-5-27 10:49
 
 
 

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w494143467 发表于 2021-5-27 10:47 可以试试,你这头像是什么游戏。

我也不知道,是一张世界地图,你这么说好像是有点像某个游戏

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感觉像小霸王或者任天堂里面的游戏。  详情 回复 发表于 2021-5-27 10:52
 
 
 

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1nnocent 发表于 2021-5-27 10:49 我也不知道,是一张世界地图,你这么说好像是有点像某个游戏

感觉像小霸王或者任天堂里面的游戏。

 
 
 

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哈哈哈这个事我干过,充电宝没事,没爆炸,但是这样的事情还是不要尝试了
 
 
 

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充电宝的锂电池外紧密连接的电池保护电路

保护的电路有过充、过放、短路保护、过流、有的还有温度保护,

充电宝设计常规是把充电路径和输出路径分开配置的,看保护电路就知2个mos管,一个充电MOS开关,一个放电MOS开关

如果没有保护电路,试想,就是一个裸电池的话,输入输出连接,,,,,

 

 

 
 
 

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有的充电宝支持边充边放,这时应该会显示充电,电量会越充越少。

 

有的不支持边充边放,充电就会停止输出。

 
 
 

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现在的充电宝应该基本上都支持边充边放,电路设计合理的充电宝可以短接输出输入,其结果分析一下电路即可知是安全的。充电宝此时会进入边充边放态,但电池并不会得到充电而是在一直放电(其实是协同放电模式),这是能量转换率决定的,转换率越低则电池放电越快。如果转换效率较高且负载监测门限也较高时,此类充电宝在短接输出输入后一段时间会因电流输出低于门限而停止工作。

对于少数不支持边充边放的充电宝,同样在电路设计合理的情况下可以短接输入输出。短接后的状态有两种,一是因输入滤波电容容量太小而干脆不工作。二是在短暂放电态和短暂充电态间来回切换,等效于轻载输出。

AC输入型充电宝在短接输入输出后因AC输入电压过低不会工作,表现为不放电或短时工作后停止输出,具体由滤波电容的容量决定。

对于设计合理的充电宝,大体上应该就这三种情况吧。

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感觉充电不能换电池的那些手机啥的,都不可靠啊  详情 回复 发表于 2021-5-27 21:54
个人签名上传了一些书籍资料,也许有你想要的:https://download.eeworld.com.cn/user/chunyang
 
 
 

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会不会爆炸~~~

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不会,结论要有根据,爆炸的理由何在?即使电路设计不当,甚至发生电池输出短路也不至于爆炸。电池或其它元件爆炸需要足够能量的输入,无外界能量输入就凭充电宝本身,实在差远了。  详情 回复 发表于 2021-5-27 23:55
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没有什么不可以,我就是我,不一样的烟火! 

 
 
 

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唉, 总会遇到没脑子的那批人,比如手机的充电口已经变成正反通用型了

 
 
 

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chunyang 发表于 2021-5-27 14:41 现在的充电宝应该基本上都支持边充边放,电路设计合理的充电宝可以短接输出输入,其结果分析一下电路即可知 ...

感觉充电不能换电池的那些手机啥的,都不可靠啊

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你说反了,就系统可靠性而言,不可换电池才容易做的更好。  详情 回复 发表于 2021-5-27 23:52
 
 
 

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led2015 发表于 2021-5-27 21:54 感觉充电不能换电池的那些手机啥的,都不可靠啊

你说反了,就系统可靠性而言,不可换电池才容易做的更好。

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我是从充电次数上考虑,不过在一定的周期里也许不可更换的更好  详情 回复 发表于 2021-5-28 23:31
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不会,结论要有根据,爆炸的理由何在?即使电路设计不当,甚至发生电池输出短路也不至于爆炸。电池或其它元件爆炸需要足够能量的输入,无外界能量输入就凭充电宝本身,实在差远了。

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现在也有一些伪劣的充电器也能短暂的可用,这点用途的可行性到底损伤了什么  详情 回复 发表于 2021-5-28 23:32
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okhxyyo 发表于 2021-5-27 09:57 转一个知乎上的答案 这个问题并不如许多人想的简单。充电宝内部有升降压电路,因此整个充电宝内部根本就 ...

完美答案,清晰明了,读之如沐春风

 
 
 

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为什么要自己插自己?这么孤单吗?

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自己插自己就是孤单吗? 水稻也是自交,简称自己插自己 然而这样它也能结果,它的果实叫谷,脱壳加工后就是大米 而且你也是吃这样的果实,可能三餐都有,几千年来都是如此 这有什么问题呢?    详情 回复 发表于 2021-5-31 16:43
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默认摸鱼,再摸鱼。2022、9、28

 
 
 

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chunyang 发表于 2021-5-27 23:52 你说反了,就系统可靠性而言,不可换电池才容易做的更好。

我是从充电次数上考虑,不过在一定的周期里也许不可更换的更好

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充电次数跟是否可换电池无关。不可更换电池的设计在可靠性方面可以做的更好,这不是“也许”,是必然。不过,即使是不可更换电池的设计,照样可以更换电池,只是麻烦点罢了,但带来的好处远远多于这点麻烦  详情 回复 发表于 2021-5-29 16:24
 
 
 

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chunyang 发表于 2021-5-27 23:55 不会,结论要有根据,爆炸的理由何在?即使电路设计不当,甚至发生电池输出短路也不至于爆炸。电池或其它 ...

现在也有一些伪劣的充电器也能短暂的可用,这点用途的可行性到底损伤了什么

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不知道你到底想表达什么?  详情 回复 发表于 2021-5-29 16:24
 
 
 

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