中国市场规模:中国作为充电宝生产和消费大国,市场规模持续扩大。2023年中国充电宝市场规模超过3000亿元,相比2018年的1242.8亿元,同比增长超过140%。根据中研普华产业研究院的《2024-2029年中国移动电源行业市场全景调研及投资价值评估研究报告》数据,2024年中国移动电源市场规模达到10.46亿美元,约占全球市场的30%以上。预计到2029年,中国移动电源市场规模将进一步增长至10.87亿美元,全球占比也将有所提升。充电宝融资也是火爆一时。
共享充电宝系统分充电座和充电宝。充电座集成了物联网技术,充电管理、电量监测、安全保护等功能,确保充电宝能够高效、安全地充电。通常应用于公共场所,如商场、餐厅、车站等,为用户提供便捷的充电服务。
下面进行拆解某一款充电宝:
共享充电宝
充电宝锂电池电芯5000mAh,额定容量为3000mAh。充电宝宝采用黑色外壳,顶部设有指示灯和电源开关。底部有6个充电通信触铜柱点,预防生锈,充电宝为自带线设计,自带Micro USB、USB-C以及Lightning线,能够满足市面上主流手机充电需求。聚合物锂离子电池额定能量:18.5Wh转换效率:≥70%。支持输出:5V2A快充。
开壳:
聚合锂电池,额定容量为5000mAh,额定能量为18.5Wh,电池额定电压为3.7V,充满电4.2V。聚合锂电池的能量密度较高,这意味着在相同重量或体积下,它们能够存储更多的能量。这对于需要长时间运行或高性能的设备来说是一个显著的优势。轻薄柔软:聚合锂电池采用固态或凝胶态电解质,可以设计成更薄、更轻、更柔软的形状,非常适合对空间和重量有特别要求的设备。
电池设有NTC热敏电阻,进行锂电池温度控制,过热保护。
右边的这一颗IC放大
这6跟铜柱经过万用表变测量,两边为正负极,接充电座。中间为通信用的充电铜柱。
主控芯片为芯海CS32L010是一款内嵌32位ARM® Cortex®-M0内核的超低功耗微控制器,其最高运行频率可达24MHz。该微控制器内置了64K字节的嵌入式Flash和4K字节的SRAM,为用户提供了充足的存储空间。同时,CS32L010还集成了12位1Msps高精度SAR型ADC、RTC、比较器以及多路UART、SPI、I2C和PWM等丰富的外设接口,满足了用户多样化的应用需求。CS32L010系列微控制器具有高整合度、高抗干扰和高可靠性的特点,其工作温度范围为-40度至85度,工作电压范围为2.5V至5.5V。为了满足不同的低功耗应用,该芯片提供了一系列电源工作模式,使得其在各种应用场景下都能表现出色。CS32L010系列微控制器适用于多种应用场景,如控制器、手持设备、A/V接收器、数字TV、PC外设、游戏和GPS平台,以及工业应用等等,CS32L010都能以其卓越的性能和稳定性,为用户提供可靠的支持。
共享充电宝为什么加个单片机呢?根据常识充电宝BMS管理芯片就够用了,是出于防盗需求管理需求。用户通过付费扫码取得的共享充电宝,为手机充电的。归还充电宝时,充电柜就能够通过充电宝顶端的金属触点与充电宝完成通信,识别充电宝的设备号结束订单,并向充电宝的主控制器输入信号,让主控控制器控制与电池管理芯片通讯,输出断开。实现订单结束后,充电宝锁电的效果。充电柜能识别自己品牌的充电宝,别的充电宝不能归还的。 即使通过非正常手段获得充电宝,也无法激活充电宝给手机充电。这样设计避免非法盗取盗用。
更高级的充电宝可以用具有GNSS功能物联网模组,进行定位充电宝实时位置。这样成本比较高。
背面是锂电池BMS电源管理芯片,这是核心关键部分。
BMS芯片来自智融,型号SW6008,SW6008 是一款高集成度的 Type-C 移动电源专用多合一芯片,支持 A+B+C+L 或A+A+B+C 四口,其集成了 3A 高效率开关充电,3.1A 高效同步升压输出,电量计量,数码管/LED 灯显示以及相应的控制管理逻辑。外围只需少量的器件,即可组成完整的高性能Type-C 移动电源解决方案。
SW6008 集成了最高效率高达 96%的开关充电模块,其支持 4.2V/4.35V/4.4V/4.5V 等多种电池类型,开关频率 500KHz,可以使用小体积的 1uH 电感。充电流程分为如下三个过程:涓流模式、恒流模式、恒压模式。当电池电压低于 3V 时,充电模块处于涓流模式,充电电流为涓流充电电流;当电池电压大于 3V 时,充电模块进入恒流模式,此时按照设定的目标电流全速充电;当电池电压上升到充电目标电压(比如 4.2V)时,充电模块进入恒压模式,此时电流逐渐减小,而电池端电压保持不变;当充电电流减小到充电截止电流,充电结束。充满后如果电池电压降低到比目标电压低 0.1V,则自动重新开始充电。
这款BMS很强大。SW6008支持无线充模式。SW6008 集成高精度电量计量系统,内置库仑计,可精确获取电池电量。电量计支持电池容量自学习功能,一次完整的充电过程即可学习当前电池容量。电池初始容量可通过 LED5/CSET Pin 的对地电阻设置。初始容量 Cset 与电阻 Rcset 的关系为:
Rset=( Cset +2000 )*5/3
其中 Cset 单位为 mAh,Rset 单位为Ω。电量计的恒流充电时间参数可配置。在 I2C 模式下,此参数通过寄存器设置。在数码管或
LED 显示模式下,此参数通过 LED3/IRQ Pin 设置,可通过 LED3/IRQ Pin 是否对地接 100K 电阻进行设置。
充电实测:
给iPhone充电时,输出电压为5.2V,电流2.15A,充电功率约为11.2W,支持USB DCP协议,APPLE 2.4A协议。
前面提到电池NTC温度传感器,SW6008 集成 NTC 功能,可实时监测电池温度,当出现温度异常时,进行保护。NTC Pin通过放出一定电流到 NTC 电阻,然后采集 NTC 电压来计算当前电池温度。NTC 功能支持103AT电阻,在低电阻阻值时,放出80uA,以保证检测精度;在高电阻阻值时,放出40uA/20uA,以保证检测范围。默认放出 80uA 电流,在 NTC 电压高于 1.764V 时,切换到 40uA;放出 40uA时,在 NTC 电压低于 0.718V 时,切换到 80uA;放出 40uA 时,在 NTC 电压高于 1.7V 时,切换到 20uA;放出 20uA 时,在 NTC 电压低于 0.678V 时,切换到 40uA。
赛芯XB4908电池保护芯片,XB4908系列产品是一款高性能的锂离子/聚合物集成解决方案电池保护。XB4908系列包含先进的功率MOSFET、高精度电压检测电路和延迟电路。XB4908系列采用超小型ESN4封装,仅需一个外部组件,是锂电池领域的理想解决方案
XB4908系列具有所有保护功能电池应用中所需的功能括过度充电、过度放电过电流和负载短路保护等。精确的过充检测n电压保证安全充分利用c充电。低待机电流消耗很少e电池在储存时的电流。该设备不仅针对数字手机,也适用于任何其他Li-Ion和锂聚合物电池供电信息需要长期电池寿命的电器。
按键和 LED驱动芯片来自集创北方,型号ICND2038S, 是一款专为 LED 显示屏设计的驱动 IC,采用 16 路恒流灌电流输出。集成了“Noise Free TM”技术,具有极佳的抗干扰特性,使恒流及低灰效果不受 PCB 板的影响。并可选用不同的外挂电阻对输出级电流大小进行调节,精确控制 LED 的发光亮度。ICND2038S 内部采用了电流精确控制技术,可使片间误差低于±2.0%,通道间误差低于±2.0%ICND2038S 在显示过程中(OE=0)会缓存 16bit 显示数据,所以系统在 ICND2038S 显示的过程中可以再继续存入 16bit 串行数据,相比通用恒流源芯片,刷新率可以提高 50%以上。
总结:共享充电宝做的比较安全,安全无小事。产品通过相关的安全认证:CE、FCC、RoHS等,这些认证证明了产品在电气安全、材料安全等方面的合规性。内置有电池管理系统(BMS),电池保护IC,能够监测电池状态,防止过充和过放,从而延长电池寿命并降低安全风险,这款共享充电宝具单片机,有数据传输功能,是否通过USB读取手机用户?用户仍应警惕潜在的隐私泄露风险。在使用前,最好确认充电宝仅仅授权其供充电功能,并避免连接任何未知设备。做好隐私保护。
附件为关键器件的数据手册,很有借鉴意义。