移动电源性能测量技术论文

【摘要】 中国照明学会舞台电影电视照明专业委员会2017年调研近20家演艺设备骨干企业，分析研究常规灯具、智能化效果灯具、演播室机械吊挂设备、灯光控制台、LED屏幕等灯光设备的技术特点和发展趋势。今天小编为大家推荐《移动电源性能测量技术论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

移动电源性能测量技术论文 篇1：

基于树莓派的人脸识别智能车锁

摘要：随着生活节奏的加快，以及人们手中钥匙数量的增大，自行车机械锁结构越来越无法满足人们高效率生活需求。本文设计了一种基于树莓派为上位机、arduino单片机为下位机的人脸识别智能自行车锁的方案。其中树莓派用于人脸识别并通过串口通信向arduino单片机发送驱动信号，人脸识别算法使用经典的人脸识别算法——Eigenfaces算法。Arduino单片机作为驱动板，接收到识别的信号之后，该板驱动锁结构开启。测试表明，本设计可实现通过人脸识别进行开锁的功能。

关键词：树莓派；上位机；Eigenfaces算法；串口通信；人脸识别

Key words： raspberry pie； upper computer； Eigenfaces algorithm； serial communication；face recognition

1 引言

伴隨着人们生活节奏的加快、城市的交通堵塞，人们对自行车出行需求仍然很大。但是由于生活节奏的加快，以及人们手中钥匙数量的增大，自行车机械锁结构越来越无法满足人们高效率生活需求，因此需要一种更加便捷的方式来进行自行车锁具的开关。为此我们开发了基于树莓派上位机的人脸识别智能车锁。本项目整体上是一个嵌在自行车上的嵌入式装置，其主要完成扫描人脸并进行识别判断进而开锁的过程。

斯坦福教授李菲菲举办的ImageNet国际视觉识别竞赛中，第一名的识别度就已经高达99%以上[1]，也就是说，业界对于图像识别已经有非常成熟的算法，因此从实践项目的角度，这一点是十分有利于本项目的成功的。同时，业界中对于视觉项目的开发，集成了成熟的视觉开源库opencv，这也大大的降低的编码难度，提高了项目开发的技术可行性。

2 系统设计与硬件选择

本项目整体上是一个嵌在自行车上的嵌入式装置，其主要完成扫描人脸并进行识别判断进而开锁的过程。所用到的技术主要有基于opencv视觉开源库的人脸识别技术、Linux环境下的编程、arduino单片机编码电机的驱动编程、上下位机之间的通信等技术。整个系统的功能可以分为如下的几个模块：图像的采集与预处理工作、离线人脸识别模型的训练、人脸识别、树莓派3b与电机驱动板arduinomega2560的串口通信、驱动板arduinomega2560驱动电机开锁等，如图1所示。

2.1 树莓派数据简介

Raspberry Pi简称树莓派，是为学习计算机编程教育而设计，只有信用卡大小的微型计算机，系统基于Linux。“麻雀虽小，五脏俱全”来形容树莓派再贴切不过。它是一款基于ARM的微型电脑主板以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100 以太网接口（A型没有网口），可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上[2][3]。正是其微小型、全面性，成为了本项目开发的最佳芯片选型。图2是树莓派简易图。

2.2 Arduinomega2560简介

Arduino是一款便捷灵活、容易入门的开源电子平台，如图3所示。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通在本系统中主要用来控制锁的电机转动。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。同时其软件平台的高级设计语言是基于c语言开发的，非常利于开发者快速学习和开发。同时其开源平台丰富的库，也极大的便利的编程的难度并提高了项目可行性[4]。

2.3 串口通信、上位机、下位机简介

简单来理解串口通信的概念，即多个处理器之间通过串行口进行数据的按位传输[5]。通过调研我们发现，尽管树莓派3b功能齐全、计算性能相对一般单片机高，但是如果将编码电机直接连接到树莓派的pin口，是容易烧坏板子的。因此这里本项目采用树莓派3b作为上位机、arduinomega2560作为下位机的整体构造，如图4所示。上位机的概念是进行高级的图像处理和识别相关的计算，并根据计算结果得到通过串口通信发送给下位机。而下位机的功能是接收到信号之后，驱动电机运动完成开锁功能。这样上、下位机结合的设计思路，能够提高系统的安全性和健壮性。

2.4 人脸识别算法Eigenfaces简介

计算机视觉中成熟的人脸识别算法有很多，这里选用opencv集成好的算法Eigenfaces。其算法步骤如下[6]：

Step1： 采集人脸数据库和待识别的人脸图像，基于其像素矩阵将其化成一维向量。

Step2： 基于所有数据向量，计算所有向量的平均值，即计算“平均脸”。

Step3： 将所有人脸向量减去“平均脸”向量，得到插值向量矩阵。

Step4： 计算协方差矩阵，提取特征向量和特征值，并截取前K个高贡献度的影响因子。

以上部分基于机器学习中经典的算法PCA主成分分析，即将高维度的图像参数映射到了低维空间，抽取出数据的主要成分[7]。这便完成的模型的离线训练。在接收新的待探测的人脸后，按照训练的结果（特征向量、特征值），对图像做相同的映射处理，然后进行聚类识别计算。

3 模块化设计

对照上文给出的模块功能的分类，下面依次进行模块化的逻辑过程设计。

3.1 基于树莓派的人脸识别模块

这里采用的技术是基于经典的开源视觉库opencv，对预先收集好的人脸数据库以及采集到的正确人脸，进行人脸识别模型的离线训练。人脸识别采用的主要方法是特征脸算法（Eigenface），通过训练后得到的离线模型以.xml形式存储，在主系统运行时调用模型即可。即图5所示。

3.2 基于arduino mega2560的锁驱动模块

本系统采用arduino mega2560单片处理机控制开锁电机。锁的分为三个状态：开锁可关锁、关锁、开锁不可关锁。这三个状态必须按照一定的状态转移顺序，否则系统将会出现故障。锁的三种状态之间的转移情况如图6所示。

同时，根据锁的机械结构和电机单位时间内旋转的角度，通过实验，测量出从一个状态到另一个状态的时间参数。基于时间参数，得到该子模块的运行流程，如图7所示。

3.3 串口通信逻辑

系统需要基于树莓派的图形采集和计算的结果，来为单片机控制舵机发出相应的指令。因此，不得不解决的问题就是树莓派和单片机之间的通信问题。树莓派的通信方式手段较多，有蓝牙、usb串口以及wifi等方式，单片机支持usb串口和蓝牙方式，考虑通信的稳定性，本系统采用处理器之间的串口通信。流程如图8所示。

这里注意，考虑上位机的识别过程，在较好的识别条件下，可能会多次识别到正确的人脸，就会多次往串口发送数据，这就会导致电机的多余运动进而导致功耗上升。上位机一旦检测到正确人脸，就往串口发送数据。这其中会发送较多的坠余数据。这里采取的解决策略是，下位机一旦接收到串口信号，驱动电机开锁的同时，采取10秒的延时来屏蔽串口发来的多余数据，这里就成功的解决上面的坠余串口信号增加的多余能耗。

4 系统实现

4.1 基于树莓派的人脸识别模块

对应于图5流程中step1、2，本系统要进行识别人脸的采集以及识别模型的训练。直接给树莓派3b的usb端口连接常用的摄像头，就可以调用开源的opencv库来采集待识别人脸的图像。picture.cpp就是这样一个专门调用摄像头采集视频流的程序。篇幅限制，这里不呈现源代码。运行效果如图9所示。

采集成功之后（这里程序中采集了30帧图像），进入对应的人脸数据库目录中，在30张图像中选取10张比较典型的照片，用于后面的识别模型的训练。

完成训练之后，使用的三种人脸识别算法对生成对应的.xml文件，也就是经过上述采集的数据和训练程序得到的模型，将三个.xml文件复制到上位机进行人脸识别开锁的主程序（下文会给出，result.cpp）中，便可以在实时的图像采集中使用该模型进行人脸识别判断。

4.2 基于arduinouno2560的锁驱动模块

这一模块主要涉及驱动板驱动电机旋转来达到开锁的目的，基于实际的锁结构，测量出具体的旋转参数，在开锁逻辑流程图中已经给出，按照其呈现的流程编写arduino锁驱动程序即可。这里直接将串口通讯模块给呈现出来，驱动板从串口缓冲器中读数据，如果是字符3，则执行开锁逻辑，如果是1或者2，用于调整电机的角度。

4.3 上下位机之间的串口通信模块

刚刚本文提到，驱动板在串口中接受到字符3之后，开始执行开锁逻辑，对应的，上位机树莓派在识别成功之后，使用c语言的串口通信函数[8]，向串口发送一个字符3.上位机树莓派3b最终的执行程序result.cpp，完成实时人脸采集、识别与控制信号的发送。

4.4 系统实现结果

系统整体完成情况：最上面是单片机和树莓派的组合，中间是电池组，这里使用移动电源供电即可，满足树莓派的供电标准。右侧是图像采集模块，最下面是锁模块，锁中的编码电机与单片机的电机控制模块通过杜邦线进行连接，如图10所示。

系统功能测试：

由于本系统考虑成本因素，在最终的实物中并未添加显示器等外设。系统的调试工作，通过树莓派的HDMI借口连接显示屏来完成。当采集图像之后匹配成功，摄像头的监控窗口捕捉到的人脸旁边会显示”Right People”的字样，如图11所示。否则，匹配失败（显示“Mismatching People”字样）显示如图12。

5 结束语

本项目的灵感源于互联网+浪潮的掀起，人工智能相關领域的兴起，让人们从视觉、图像、声音等多个感知层面，对日常生活中的设备进行智能化的设计。本文从视觉的角度，以方便人们出行方便为目的，开发了这款基于人脸识别的智能自行车锁，并达到了良好的效果。当然目前系统还有待进一步改进，如整个嵌入式的系统还是不够简洁精炼，外部缠绕的线太多可考虑进行芯片和外设的个性化定制，真正达到嵌入式开发“量身定做”的需要，将电池、芯片、摄像头、电机集成到一个精简的装置当中。

参考文献：

[1] 孙玉兰.数字图像处理技术的应用现状与发展研究[J].电脑知识与技术，2014，10（26）：6228-6230.

[2] 苏祥林，陈文艺，闫洒洒.基于树莓派的物联网开放平台[J].电子科技，2015，28（09）：35-37+41.

[3] 朱轶，曹清华，单田华，等.基于Android、树莓派、Arduino、机器人的创客技能教育探索与实践[J].实验技术与管理，2016，33（06）：172-176+206.

[4] 凯姆·卡尔文，泰勒·卡尔文，庞明珠.Arduino与电子制作[J].电子制作，2012（08）：68-73.

[5] 蒋萍花，张楠.数据采集系统串口通信的设计与实现[J].电子测量技术，2015，38（06）：139-142.

[6] 陈勇，林颖.基于特征脸的主成分分析人脸识别[J].计算技术与自动化，2017，36（02）：122-124.

[7] 张勇，黄杰，徐科宇.基于PCA-LSSVR算法的WLAN室内定位方法[J].仪器仪表学报，2015，36（02）：408-414.

[8] 王坤，高贇.基于VC++实现串口通信的方法[J].信息化研究，2010，36（10）：52-54.

【通联编辑：梁书】

作者：任环宇 武坤玉 李道全

移动电源性能测量技术论文 篇2：

2017中国舞台影视灯光调研分析报告

【摘 要】 中国照明学会舞台电影电视照明专业委员会2017年调研近20家演艺设备骨干企业，分析研究常规灯具、智能化 效果灯具、演播室机械吊挂设备、灯光控制台、LED屏幕等灯光设备的技术特点和发展趋势。

【关键词】 舞台影视照明；调研；电脑灯；LED灯具；灯光控制系统

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中国照明学会舞台电影电视照明专业委员会组织专家组，于2017年3月至2017年5月，分四批先后奔赴广州、杭州、宿迁、北京、长沙等地，对近20家演艺设备骨干企业进行了实地考察和调研座谈。专家组与企业的生产、技术人员就常规灯具、电脑灯、LED灯、演播室机械吊挂设备、灯光控制台、LED屏幕等设备的制造研发、实际运用等诸多方面进行了深入交流和探讨。

调研的主要目的是与各生产企业共同研讨舞台影视灯光最新技术与应用，探讨灯光照明技术的未来发展方向，加强灯光设计制作专业人士与生产企业的沟通交流与互动，共同促进灯光制作综合水平的提高，并为提升我国的灯光产业发展出谋划策。

1 常规灯

业内俗称的常规灯主要指聚光灯、泛光灯等用于普通照明的灯具，本文主要指LED光源灯具。“常规”并不意味着陈旧或落后，进步和改良的步伐一直没有停滞过。本次调研发现，常规灯具在亮度、色温、色彩、显色指数、散热方式、刷新频率、制造工艺等方面都有了长足的进步。

1.1 灯具光效提高了

调研中，看到了很多光通量大、光效高的灯具。

在广州斯全德灯光有限公司（简称“斯全德”），看到了飞利浦专为影视演播室开发的替代传统卤钨光源的LED光源菲涅尔聚光灯（见图1）。该灯具从密集阵列的COB方式和分散阵列组合方式中走出一条独特的中间道路，用稍分散的芯片阵列，选配多种芯片组合成光源，散热系统良好，光斑均匀，出光角灵活可调，输出总光通量达到18 600 lm。

北京星光影视设备科技股份有限公司（简称“星光”）的LED蜂眼平板柔光灯（见图2）采用高光效、高显色性表面贴片式（SMD）LED作为发光元件，光效达到100 lm/W以上。设计的蜂式复眼阵列柔光板，由直径2 mm的非球面聚光镜组成微透镜阵列，在起到柔光和降低眩光作用的同时，还能汇聚光线，使灯具的光束角从SMD的120°聚光到70°，大大地减少了杂散光，其中心照度较普通平板柔光灯提高50%以上。

广州市雅江光电设备有限公司（简称“雅江”）新开发的LED灯具（见图3），采用了新的COB光源，新的电源驱动系统；配置高品质的非球面透镜，就像光源前面加了导光柱，可以让光均匀地散发出来；灯具光输出效率提高了170%。

1.2 色温控制加强了

现在的演出，不管是电视晚会还是舞台表演，基本上都要录像。这就需要重视色温的概念，否则就有可能因色温不一致的两类白光灯具投射到一个物体上，出现电视画面偏色问题。

调研中发现，每家制造常规灯具的企业都非常重视LED灯具的色温。广东华晨影视舞台专业工程有限公司（简称“华晨”） TG-LBRD1 LED平板柔光灯（见图4），“雅江”的SS827SW HD成像灯（见图5），色温有3 200 K和5 600 K可选。有些灯具具有色温可调的功能，“华晨”TG-LBRDT1 LED平板柔光灯色温可以在3 200 K～5 600 K间连续可调。广州方达舞台设备有限公司（简称“方达”） FDL-J300L螺纹聚光灯（见图6），色温可在2 800 K～10 000 K间进行线性调节。湖南明和光电设备有限公司（简称“明和”） 324PR-7色平板柔光灯（见图7），色温可以在3 200 K～5 600 K间连续可调，而且在0～100%进行线性调光过程中，其色差值几乎保持不变。ETC的灯具色温控制有光谱自动对应调节功能。Eos系列控制台软件对颜色的控制细化到可以控制每一种颜色的灯珠，可以在锁定某个输出色温的前提下，改变各色灯珠的输出构成，降低此颜色构成中某个不需要颜色的比例，控制台会自动调整其他颜色灯珠的输出比例，保证输出色温不变化。

色温可调能满足灯光设计师在不同演出中对色温的不同需求，而且可以一灯多用，既替客户省了钱，又能让灯具在不同的演出中发挥尽量多的作用。

1.3 颜色控制加强了

调研中发现许多企业都在控制颜色上下了不少功夫。

“雅江”用彩光混合成白光，利用颜色管理系统很好地解决了混色均勻度、白光品质度、操作便利性等问题。使用该颜色管理系统的全光谱系列灯具，一般显色指数Ra值均在90以上，CQS值在85以上。为了在白光调光的过程中始终保持白光的质量，需要组成白光的各个彩色光都平稳变光，而且要以完全一致的调光曲线规律变化。而品质差的LED灯具，当亮度压暗时，它的色彩也会发生改变。在本次考察中，“雅江”出示了由第三方测定的红绿蓝三色精细的调光曲线图（见图8）。

广州市德晟光电科技股份有限公司（简称“德晟”）WS-8248 200W LED天幕灯（见图9），采用全新的光学设计，用LED实现传统非对称天幕灯的效果，光斑柔和，混色均匀；8色LED光源（红、绿、蓝、青、深蓝、琥珀、冷白、暖白），色彩更丰富，符合专业用户的需求。

“方达”FDL-J300L-C聚光灯，采用7色LED阵列色彩系统（红、橙红、琥珀、绿、青、蓝、深蓝）。光谱分布更加连续，更接近自然光。对比3色（红、绿、蓝）或4色（红、绿、蓝、白）或5色（红、绿、蓝、琥珀、白），其颜色更加丰富，色域更加宽广，可以选择的颜色更多。7色系统可以混出很好的白光，色温可调，亮度却能保持几乎不变。

“明和”324PR-7色平板柔光灯，采用7种颜色LED为光源，特殊设计的光学系统可使光斑更加柔和，混色效果好。非对称配光的光路设计，能够较好地解决舞台天幕区等场合的布光需求。使用HSIC颜色管理系统控制技术，能方便混出较丰富的标准色彩，弥补了传统灯具RGB三原色的混色缺陷，使得彩色更为饱和与鲜艳。

ETC是最早使用彩色LED光源制造灯具的企业之一，他们的彩色处理技术处于世界领先的位置，可以根据色纸编码获取彩色光。ETC工程师经过数年的研究匹配，根据各大企业的标准色纸（如LEE或ROSCO的色纸）的色谱和色坐标（x，y）值，制作出了一套完整的色彩系统（见图10），不改变灯光师的工作习惯，就可以便捷地调取想要的色纸号。

阿莱的ARRI SkyPanel系列产品（见图11）除具有混色功能外，RGBW四色通过混色管理系统能混出色温可调的高品质、高显色的白光，来高质量地满足电影及电视拍摄的要求。该公司还为灯具研发了十几种独有的灯光效果，例如闪电，烛光，火焰，警车灯等；还可以把原有灯具控制软件升级，不用更换任何硬件就能很好地控制灯具完成各种效果。

“星光”针对目前市场上LED照明灯具普遍存在的光色一致性差、显色性能偏低和色温稳定性差等问题，研发了每台灯具参数进行动态补偿的解决方案。该公司基于工业自动化控制系统，快速光谱测量技术、色度学数据处理技术，研发了LED灯具自动化在线检测与标定系统（见图12），每台灯具出厂前都要检测其中每种LED的色坐标、光通量等随温度、电流的变化曲线，生成独有的参数库，灯具控制软件依据参数库进行自动混色计算和动态补偿控制，从而实现输出光的一致性和稳定性。

1.4 显色指数提高了

显色指数（CRI）的高低，是衡量白光灯具好坏的一个重要指标。很多灯具生产企业都认识到了这一点，在提高灯具亮度的同时，尽可能地提高它的显色指数。当然，光源显色指数的提高也会造成光效的降低和成本的提高。因此，要选择一个平衡点，既满足使用要求，又能够降低成本。调研中发现，许多企业的常规灯具显色指数都达到了90以上。

在“斯全德”，我们看到飞利浦一款替代传统卤钨光源的菲涅尔聚光灯，选配的多种芯片组合成光源，配制出极高的白光显色指数。经现场用手持光谱计测试Ra高达98，R9也达到90以上，几乎达到理想的卤钨光源的标准。

“方达”的FDL-J300L-CLED聚光灯，采用7色LED阵列色彩系统（红、橙红、琥珀、绿、青、蓝、深蓝）。光谱分布更加连续，更接近自然光。在色温、亮度的线性调节过程中，都能保持很高的显色指数。

对于LED灯具来说，各种调光过程中都能保持理想的显色指数，实属不易。参加调研的灯光设计师们认为，LED灯具做好了这一点，将是作为面光使用的理想灯具。

1.5 散热能力提高了

除了光效、光质、光色等指标，散热能力也是考量灯具的一个重要因素。尤其是LED光源灯具，散热好坏关系到灯具性能的稳定和灯具寿命。调研中了解到，很多企业的灯具散热方式都有各自独到的设计。

“方达”的FDL-J300L系列灯具，采用的是风冷散热模式，采用优质风扇静音效果不错，噪声≤25 dB。

“华晨”的第三代100 W/150 W LED聚光灯（见图13），散热系统采用自然散热模式，无风机、无噪声。

“浩洋”的F90系列影视灯具，采用无风扇散热技术。

1.6 刷新频率提高了

一般的录像对灯具的刷新频率要求不是很高；但高清录像在慢动作回放时，刷新频率的高低影响则至关重要。慢动作回放，有时候会发现有闪烁、步进等现象，就是因为灯光的刷新频率过低引起的。

为了解决这一难题，很多的企业进行了多次试验，通过不懈努力，不断把灯具的刷新频率提高。这些高刷新频率灯具，对于影视拍摄及体育场馆照明来说是非常不错的选择。

1.7 灯具造型改进了

企业在追求灯光品质、技术指标的同时，没有忘记灯具的外观美，灯具线条优美、外观大方。

广州市欧玛灯光设备有限公司（简称“欧玛”）的RPG系列迷你追光灯（见图14），是采用电脑灯理念研发制造的追光灯具，小型化、易操控、实现部分功能电动化，且色温线性可调。

阿莱的ARRI SkyPanel，根据用户对光的不同需求，设计了一组不同尺寸的灯具供选择。S60尺寸中等，S30则是更加小巧、更加便携的版本。两种型号都有色彩全面可调的色彩版（C）和远程荧光版（RP）可选。

2 智能化效果灯具

智能化效果灯具即业内通常所说的电脑灯，也是业内推陈出新最为迅速的灯具，每年都有很多新技术、新功能、新产品闪亮登场。调研中看到了智能化效果灯的很多可喜的变化。

2.1 灯具防水了

現在的文化旅游和广场演出越来越多，有演出的地方一般都会用到电脑灯。文旅和广场演出一般都是露天的，难免会遇到雨雪、风沙等恶劣天气。在防水电脑灯发明以前，遇到雨雪天气，一般用塑料布来做防雨工具，防水性能很差；而且，在演出中下雨下雪，电脑灯就不能使用了。后来发明了防雨罩，防雨效果也不是很好。防水电脑灯的发明，能够全天候地保障演出的灯光效果，是灯具技术的一大进步。

“浩洋” G20HYBRID IP是其2017年国内首发的IP65级全能王三合一电脑摇头灯（见图15），其主要优点就是防水、防尘、防腐。它采用了IP65级全密封结构，有效地防止粉尘、水雾和飞虫等外物进入，可以防止光学系统因外部原因老化；并且采用压铸铝外壳，配合散热风扇，很好地控制了灯具的工作温度，减缓了灯具的老化和气体放电灯泡的光衰，保证了灯具的使用寿命。

“德晟”型号为MH-470/330的电脑灯（见图16），防水性能可靠，防尘防水级别达到IP55。

“珠江”智能440（BEAM）防水版光束燈具（见图17）达到IP65级。

防水防尘防晒防虫电脑灯的问世，很好地解决了雨雪等恶劣天气户外演出灯光效果和照明等难题。

2.2 切割盘可转了

“珠江”的尊能2000系列PR-6000切割灯（见图18），一改带切割功能的电脑灯切割盘只能在90°范围内整体来回转动的限制，在国内首先采用无极旋转模式。它的切割盘可以无极旋转，让使用更加自由灵活，可以让切割的光斑旋转到任意角度，大大增加了切割光斑的使用灵活性，提高了灯具的艺术表现力。

2.3 灯具更亮了

“珠江”智能1700系列PR-2880，虽然用的还是气体放电灯泡，但是在原来1 500 W基础上，软件、光效、变焦均有改进，光通量能够达到40 000 lm，亮度非常高。“珠江”的尊能2000系列PR-6000，是采用气体放电灯泡的电脑灯，光效比以前提高30%。

“浩洋”GL-6H采用COB的LED光源，功率虽然只有600 W，在大大节约能源的基础上，提高了亮度。

“欧玛”LED 600 W电脑灯（见图19）在光路设计上做了重大改进，提高镜头组透光率达20%以上，整灯光通量能达到26 500 lm，并且光斑非常均匀，中心和边缘照度偏差在20%以内。

2.4 功率可变了

“珠江”一款智能电脑灯（见图20）可在2 000 W/1 500 W/1 200 W三个功率段变换，另一款可在1 700 W/1 500 W/1 200 W三个功率段变换。设计师可以根据投射距离，选择合适的功率使用。功率变换可以在灯光控制台完成，非常方便。

2.5 显色指数提高了

“珠江”尊能2000系列PR-6000，是采用气体放电灯泡的电脑灯，显色指数可达96，可以很好地还原被照物体的本色，并且带有图案切割功能。

“浩洋”GL-6H和“欧玛”Aress-P6都是600 W的LED光源图案切割灯，显色指数也能够达到90以上。

2.6 光路优化了

通过优化光路光学系统，使三合一电脑灯出光效率大大提高。

“浩洋”G20HYBRID IP全能王三合一电脑摇头灯（见图21），采用双光路光学系统，可以瞬间切换光束、图案、染色模式，在光束、图案两种不同模式下切换透镜和其他组件。这样，既能保证光束模式下灯具出光的锐利度和冲击力，又能保证图案模式和染色模式下极高的光斑均匀度，出光效率比一套光学系统的三合一电脑灯要高，达到了传统单一功能电脑摇头灯的效果。

2.7 灯具飞天了

无线电源的运用，让灯具摆脱了电源线和信号线的牵绊，使用起来更加灵活自如。2017年中央电视台春晚桂林分会场出现的“天外飞灯”——“浩洋”的“天外飞灯-F0S360”系统（见图22）。“天外飞灯-F0S360”系统由G20HYBRID IP电脑灯、移动电源和无线控制系统构成。它不但防水、防尘、防腐，且耗能低，关键是它不需要用有线电源供电，而是采用了大容量移动电源供电，能直接提供220 V电压，轻松带动整灯全功率运行，能够提供长达360分钟的无线电力供应。

2.8 外观更美了

大家在提高灯具功能的同时，也都很注重灯具外形的美学设计。比如“德晟”的电脑灯造型（见图23），引入宫灯和祥云等中国元素，通过工业设计，外形美观大方。

3 灯光控制系统

3.1 控制台

近几年，国内企业的电脑灯控制台技术逐渐成熟，不但产品外观越来越漂亮，手感越来越好，而且在操控性、便捷性、稳定性等方面也越来越好。比如，控制台有几个大屏幕可以同时显示不同界面，可以在某个界面显示灯位图，编程时颜色、图案、位置等方便快速可调，极大地节省了编程时间，也就是节省了节目合光时间，提高了工作效率。

例如，本次考察的江苏领焰智能科技股份有限公司，其研制的控制台（见图24）数据总线采用了PCIE方案，使传输速率大幅提升，达到500 MB/s-8 GB/s；增加了面板按键推杆等外围部件的一键恢复功能；H系列产品采用双路供电电源；控台内置自检功能，在不影响控台正常工作的情况下，自动每60秒检测一次，保证了控台的稳定性。

3.2 演艺场馆集中监控系统

演播厅、剧院、大型秀场等演艺场所涉及了大量的灯光吊挂、舞台机械、动力用电、音频扩声、视频显示等，构建一套能对演艺场所各环节实施集中监控的系统，将给舞台总监等提供一个集中把控演艺系统运行状况的统一平台，从而有力地提高演艺工程的集中控制能力。广州市河东电子有限公司的演出安全管理平台（PSMP，见图25）是一个互联、智能、开放的通用型分布式系统，可以轻松实现对专业演出场馆、电视台演播室、旅游剧场等大型物业的多种设备进行集中控制和智能化安全管理，具有实时灯光监控、调光柜监控、实时视频监控、机械装置监控、设备在线状态监测、储存历史记录、系统权限管理、远程短信控制、智能语音系统、UPS电源监控、开关供电系统等功能。

深圳市龙网同传技术有限公司的龙网同传智能演艺呈现系统（见图26），主要具备以下功能：（1）演艺呈现：按照演艺过程，将舞台/演播厅的扩声系统、灯光系统、机械系统等协调运作，在一个平台上实现对各专业系统运行状态的实时监测；（2）系统管理：对声音、灯光、视频、机械等演艺子系统进行统一配置管理；（3）环境监测：对舞台/演播厅等演艺场所环境状况的实时监测；（4）安全监测：对舞台/演播厅等演艺场所的设备安全、供电状况等实时监测。

随着数字化、智能化、网络化技术的飞速发展，演艺场馆集中监控系统的研发与运用逐步走向成熟，演出场所更加安全可靠。

4 机械吊挂系统

机械吊挂系统在电视演播厅及剧院舞台灯光系统中都是关键组成部分。调研发现，雖然没有革命性换代技术和产品出现，但不少吊挂设备性能提升了、细节完善了。

“华晨”的自提式水平吊杆细节不断完善。最近为浙江温岭电视台多功能厅量身定制的机械吊挂工程（见图27）有如下特点：当电视节目录制时，多功能厅顶部装饰盖板电动打开，专业的水平吊杆显露出来；当作为会议厅使用时，灯光吊杆上升进入顶层，装饰盖板自动合拢。使整个顶部明亮整洁，不会杂乱。

浙江大丰实业股份有限公司（简称“大丰”）灵活多变的机械舞台（见图28），可根据不同种类的演出，改变舞台纵深和形状，使舞台空间丰富多彩，当舞台不用时，可将舞台全部降至地平面，活动看台收拢到墙根下，就形成一个大的平整空间，可用于展览、宴会等其他活动，大大提高了场地的利用率。

“星光”自行研发的无刷随动上收缆系统、无级移动单点吊机、组合式回转升降灯排、多功能数控滑车系统等机械吊挂设备在大小演播厅发挥着重要作用（见图29）。

北京北特圣迪科技发展有限公司的3D四轴数控飞行运动系统、360°可旋转升降平移式灯光吊杆、多功能全向升降无线遥控舞台表演小车、多卷筒自排绳卷扬机、超稳定运行高速轨道飞行器、柔性传动刚性升降柱、矩阵动态雕塑、环形旋转灯架（见图30）等技术产品给专家组留下深刻印象。

5 LED大屏

本次调研主要考察了利亚德光电集团（简称“利亚德”）和“明和”两家LED大屏生产企业。

“利亚德”LED显示屏涵盖了各种间距的室内外、全天候的LED显示屏，在LED显示屏的驱动部分和显示部分，在接口、信号处理、显示、散热、电源等方面都有很多先进的专利技术。除了传统强项LED显示屏，“利亚德”在新媒体技术方面推出了AR全景仿真（AR增强现实、VR虚拟现实）、MR混合现实、全景拍摄直播。沉浸式全景仿真系统（见图31）拥有异面三维缝合及定位跟踪技术，可以在较小的空间里呈现出无限大小、不同风格，逼真的模拟仿真环境。

“明和”W2碳纤维系列显示屏（见图32），设计上重点考虑到舞台视效和电视演播，在高刷新、高灰度、高对比度、低功耗等方面做了深入研究；同时，在电视录播过程中，对于现场亮度调节情况下不损失灰度的等级，及摄像过程中出现的摩尔纹现象等进行了针对性的研究与处理。

此次调研活动，调研人员现场感受了最新技术、新产品，厂商和研发人员也面对面了解了目前产品的使用状况和用户的改进意见，企业对未来产品的提升和新产品的研发方向有了更为准确的把握。

（专家组成员：王京池、郭亮、周正平、陈国义、饶健夫、熊英、陈江榕、鞠习刚、秘根杰、白文国、王宏磊、居文胜、穆怀恂、钟国虹、周闻、薛建博、秦小刚、胡耀辉、马路、龚奎成、江中鸿、陈永刚）

（编辑 张冠华）

作者：鞠习刚 郭亮 王京池

移动电源性能测量技术论文 篇3：

话说充电电池

编者按：随着科技的发展，电子产品的使用越来越频繁，也越来越便利了。很难想象，在现代社会，有谁会不用电子产品。说到电子产品，必然会涉及充电的问题，可是，您了解自己手中的电池吗？我们该如何合理应用呢？在此主持人和嘉宾将分两期对此问题进行深入探讨。

主持人：

邱元阳  河南省安阳县职业中专

嘉  宾：

刘宗凡  广东省四会中学

金  琦  浙江师范大学附属中学

充电的基本定义是给蓄电池等设备补充电量，其原理是让直流电从与放电过程相反的方向通过，以使蓄电池中的活性物质恢复作用，储存电能。本期我们就讨论一下充电电池的那些事儿。

● 耗电分析——电量去哪儿了

邱元阳：智能手机、平板电脑等移动设备出现的时间虽然并不长，但在硬件的发展方面，无疑可以用突飞猛进来形容。就当今比较普遍的安卓系统智能移动设备来说，CPU从单核发展到八核，RAM从128MB发展到3GB，仅仅用了五年左右的时间。现在的手机性能甚至能够媲美普通的桌面电脑，可以说性能过剩。但有一个领域始终没有得到质的突破，那就是电池。

刘宗凡：目前延长移动设备使用时间的唯一办法是增大电池容量。从以前手机常用500mAh左右的电池到现在主流的3000mAh，甚至出现5000mAh左右的超大电池，但手机一日一充的现象基本没有改变。并且，电池容量的增加，伴随的是体积的增大。这和手机追求纤薄、轻巧的特点是互相矛盾的。手机厂商也只能在这两者之间尽量取得平衡，来满足消费者的需求。为什么电池虽然变得越来越大，但待机时间并没有出现大的改进呢？我们来看看电量都被哪些大户消耗了，从哪些方面下手能让电池更耐用一点。

1.屏幕

金琦：手机最直观的一个改变，就是屏幕越来越大。屏幕是移动设备一个耗电大户，大屏和高分辨率就是电量杀手。我们可以从哪里入手节约电量呢？首先是亮度，调低屏幕亮度可以有效省电。其次是分辨率，如果屏幕的分辨率太高，我们可以用工具适当降低。有些移动设备的屏幕高达400～500PPI，以乔布斯的观点来看，在一定距离下，人眼很难分辨超出300PPI的精度，所以称超出300PPI的屏幕为视网膜屏。我们可以用工具改变高分屏的分辨率，降低耗电量，有些官方的省电程序也会主动调整屏幕分辨率。

2.CPU

邱元阳：现在移动设备中用到8核CPU的比比皆是，这又是一个“电老虎”。强劲的动力，带来的是高耗电和高发热。其实我们很多时候都用不到这些“过剩”的性能，特别是在锁屏待机的时候，不如适当降低性能来平衡电量的消耗。ExTweaks这个软件不仅能降低CPU的频率，而且还能减少工作的核心数，省电效果非常明显。如果你不想太折腾，其实那么你可以利用很多手机本身自带的各种模式来省电。如小米手机就有三种模式：省电模式、正常模式、性能模式，前两者主要是通过降低CPU的工作频率来达到省电的目的。

3.GPU

刘宗凡：要想运行大型游戏，出色的GPU是不能缺少的。华丽的特效、流畅的场景、自如的操控，都离不开GPU在背后“发烧”。大型游戏是最消耗电量的应用，一个重要原因就是GPU的“贡献”。当然，玩大型游戏和电量消耗是没有办法调和的一对矛盾体。我们还是在有方便的充电环境下玩大型游戏吧。

4.网络（3G/4G/WIFI）

金琦：网络连接几乎是“低头族”的命脉。现在走家串户的第一句话已经由“吃了吗”改为“WiFi密码是什么”。那么网络连接耗电的情况如何呢？虽然没有确切的数据，但在一般的使用场景下，网络连接耗电量在总耗电量中占的比例在10%～20%之间，这还算可以接受。特别是WiFi，如果在稳定的连接状况下，耗电量还是比较少的。如果WiFi没有连接，总是在搜索信号，那么耗电量就会上升。和3G/4G连接相比较，WiFi更加省电。如果电量不是特别紧张，我们不用频繁去开关网络连接，这省不下太多电。

5.蓝牙

刘宗凡：蓝牙是“机友”互传文件的一个主要渠道，为了省电，我们都是平时关闭，用时打开。其实现在的蓝牙4.0版耗电是非常少的，因为其已经加入了低能耗（Bluetooth Low Energy，BLE）技术，在工作时耗电只有普通蓝牙的一半，当不工作时会自动进入休眠模式，进入休眠模式后其耗电基本可以忽略不计。所以我们不需要为了省电而经常开关蓝牙。

6.GPS

邱元阳：随着LBS的兴起，GPS的相关应用也很火爆。那么GPS的耗电如何呢？非常遗憾，GPS也是一个耗电大户。普通的移动设备用来导航，电量基本上只能维持3～4小时，和玩大型游戏差不多。幸运的是，如果只是打开GPS而没有使用相关的应用，也就是GPS在不工作时，它也基本上是不耗电的，我们不用为了省电而专门关闭GPS。

7.软件

刘宗凡：其实所谓软件的耗电，都是因为它们使用相应的硬件产生的。安卓设备感觉比IOS设备耗电量更多，这主要是两种系统的设计理念造成的：安卓基于开放的理念，各种权限无节制地提供给APP，而APP作者也非常不自律，不管需不需要，总是要刷存在感，无耻地推送信息、同步数据，进入后台还是阴魂不散，不时唤醒CPU，使得手机越用越卡，耗电量越来越多，造成手机在不用的时候，和用的时候一样耗电（除了屏幕耗电）。很多人喜欢在锁屏之前清内存，把运行的程序全部关掉，这个习惯还是能减少一些电耗的。但很多软件即使被关闭，还是会千方百计自动激活。在最新的安卓L（5.0）中，Google加入了一个新的API JobScheduler，它可以使得系统能够有效地处理一些不合理的应用唤醒要求，称为对齐唤醒机制。这个机制能够定时处理APP唤醒操作，压缩硬件唤醒时间，同时也减少了电量消耗。IOS系统对后台程序控制非常严格，要通过统一的接口进行消息的推送、同步及上传下载，电量的消耗控制得比较好。

● 充电误区——是真的吗

在充电电池的使用上，从新电池的初次使用，到日常充电，从电池维护，到使用习惯，都有很多不同说法，那么，到底哪些是真的呢？

1.电池要激活吗

邱元阳：有些人买了新手机以后，喜欢将它的电量耗尽直至自动关机，然后充电8个小时以上，对电池进行激活，反复进行三次，认为这样能达到电池的最佳效果。现在这个理论还适用吗？

刘宗凡：这个习惯在使用镍镉电池时是正确的，不过现在的移动设备已经几乎全部使用锂离子电池，出厂时已经激活，我们的新设备买回来以后直接正常充电就可以了。有些手机的说明书也这么写，因为手机电池一般不是生产手机的厂商制造的，这样写可能是为了考虑容错。

金琦：确实，有一些充电电池需要类似的“激活工作”，不过这仅限于较早的镍镉电池和少数镍氢充电电池。这些电池容易产生“记忆效应”，即在不完全放电的状态下充电，易使电池过度充电，时间长了会导致电极板上增生晶体，阻塞电解液与电极板的接触，造成电池的电压下降，让使用者产生电很快就用完了的感觉。因此对于这两种电池来说，定期（而不是每次）对电池完全放电后再充电可以减轻上述原因引起的电压下降现象。至于有些没有科学道理的说法，如旧电池在冰箱中冷冻之后可以重新激活而恢复电量等，还是不信为好。

2.充电后电量要用完吗

邱元阳：有人喜欢把设备电量用光以后再进行充电，认为电池的充放次数是有限的，这样能最大限度地延长电池的使用寿命吗？

刘宗凡：这也是使用镍镉电池时延续下来的错误观念。锂离子电池的充放次数确实是有限的，通常情况下可以充放500次左右。但锂离子电池的充放次数并不是以设备接上充电器就算一次，而是以全电量的充满和用完算一次充放电循环。一般的锂离子电池的寿命可以达到几百次充放电的循环，但在日常强度不大的充放电条件下，锂离子电池的寿命其实还是相当长的，我们不用担心频繁充电会影响其寿命。相反，锂离子电池的过放对电池的伤害是比较大的。我们一般在电量还有20%以上就要开始充电，特别是不能玩到自然关机再充电，尽量避免过放。

金琦：此外，锂离子电池放着不用，其容量也会自然损失，主要的影响因素是电压和温度。研究表明，锂离子电池在充满电的状态下长时间存放，其容量会发生明显损失。同样的，温度越高，锂离子电池的容量损失就越快，而这种损失是不可逆的，也就是说，电池的容量会永久变小。在0℃环境下，电量剩余40%的锂离子电池存放一年后，其容量会损失2%;而在40℃环境下，完全充满电的锂离子电池存放一年后，其容量损失高达35%。所以避免电池过热是可以延长电池使用寿命的。

3.长时间充电有害吗

邱元阳：很多人喜欢睡觉前让手机开始充电，到第二天早上起来用上满电的手机。不过有人说长时间充电会对电池形成伤害，或者形成反复充放，甚至会爆炸。这些担心是多余的吗？

刘宗凡：现在的锂离子电池都会有多重保护机制，防止出现过充、过热等现象，当电池充满以后就不会再充电了，所以不会出现大家担心的情况。当然，锂离子电池处于半饱状态比充满状态损失会更少，设备长期处于充满状态会在一定程度上减少电池的寿命。所以如果锂离子电池作为备份电池长期不使用，在保存时不要充满，最好以40%～50%左右的电量保存。同时过一两个月将其充些电，不要产生过放，这样保存的电池损失会比较少。当然，如果只是晚上充电，这点损失是可以忽略不计的。不过，由于充电时电池会发热，长时间充电可能会导致电池过热，从而缩短电池寿命。

4.边充边玩会爆炸吗

邱元阳：有几则新闻报道，有人在充电过程中玩手机或接电话时发生爆炸，甚至危及生命，使得“没有手机会死星人”人心惶惶。

金琦：其实这也是过于担心。由于锂离子电池本身的特性，其电压比较高，电能密度大，因此与其他的低压电池相比，锂离子电池充电时电极的氧化还原反应十分剧烈，因此锂离子电池的使用条件必须受到严格限制，过度充电、过度放电、短路、高温等都会引起电池损坏，甚至发生起火和爆炸。但是，实际使用中的锂离子电池是把若干个电芯连同一套安全保护电路以及多种安全装置一起封装成一块电池板。这些安全设计可以保证在过度充电、过度放电和短路时自动切断电池的电路;电池内部压力过高还会触发排气装置减压;电池温度过高则会触发热熔保护装置，阻滞锂离子的运动从而停止电池的电化学反应。

邱元阳：本刊207期《走进电池世界》一文中谈到，正规的锂离子电池利用保护电路，可以防止过充、过放、过载、过热、短路、爆炸。特别是现在的聚合物锂离子电池，可以最大限度降低爆炸的风险。虽然边充电边玩手机会感觉手机比较热，这也是正常现象，一方面充电会让电池产生热量，一方面玩手机也会让CPU、GPU等产生热量。只要不是购买没有保障的山寨电池，可以说边充电边玩手机或接电话，或者手机充满电没有及时拔掉电源，是不会发生爆炸的。

5.省电软件有用吗

刘宗凡：因为电池不耐用，省电软件就应运而生。省电软件的原理，无外乎降低CPU频率、降低屏幕亮度、关闭网络连接、蓝牙、GPS等，以及清理后台运行的程序。这些操作我们都可以手工实现，省电软件只是使我们的操作更便利一点。但省电软件其实并不能达到多少省电的目的，甚至更耗电，因为在锁屏时它要时刻监控有没有软件运行，使得CPU无法休眠，比其他软件来唤醒CPU更耗电。所以在实际使用过程中省电软件给我们的体验并不好，可以说基本上没有多大用处。

● 放电曲线——从数据看能量

邱元阳：在使用锂离子电池时，我们有个很明显的感觉，即使电池电量不足10%，电池的输出电压也没有很大的降低，仍能让设备正常工作，直到电量即将耗尽时，电压才陡然降低，此前设备已经会自动关机。平坦的放电曲线，正是锂离子电池的优势。

金琦：放电曲线是电池放电过程中电量随时间变化的直观记录（如图1），反应了电池在不同放电强度下的续航时间、实际输出电压、电压波动规律等，一般表现为非线性特征曲线。电池放电时两极之间的电位差，即放电电压或端电压，就是电池的工作电压。电池的工作电压受放电制度的影响很大，包括放电方式、放电电阻、放电电流、放电时间、终止电压等。当电压下降到电池不宜再继续放电的最低电压值时，就是终止电压。

图1 锂离子电池的放电曲线

刘宗凡：不同电池类型和放电条件下，对电池容量和寿命要求也不同，因此所规定的终止电压也不同。工作电压变化慢但往往会提供较多的容量，其变化速度即反应在放电曲线的平稳度上。不同类型的电池其放电特性曲线也不相同（如图2）。我们常用的干电池，随着电量的减少，电压也不断降低，很难保持恒定，如果是要求稳定工作电压的设备，就不能使用这样的电池。镍氢电池和锂离子电池都具有较平稳的放电曲线。

图2 镍氢电池不同倍率下的放电曲线

● 充电宝——身份特殊的电池

邱元阳：为了解决外出时移动设备电池续航时间不足的问题，一种特殊的充电电池——充电宝（Charge Pal）问世了。充电宝是指可以直接给移动设备充电且自身也具有储电单元的装置，又称移动电源。也就是说，它是由充电电池（通常是锂离子电池）和专门设计的电路组成的，是一个特殊的电池。

金琦：充电宝的电芯，有的是18650的锂离子电池，也有的采用了聚合物锂离子电池。其电路系统则多种多样，如容量指示电路（常用XC61CC系列的电压监控芯片）、电芯保护电路（过充、过放、过热保护，常用HAT2027、R5402芯片）、充电管理电路（采用CN3066芯片，进行涓流充电、恒流充电、恒压充电和维护充电等）、DC-DC升压电路（采用MAX1771集成芯片），以及各种功能扩展电路（如应急照明、防盗报警）等。

刘宗凡：充电宝的容量，从最初的2000多mAh，到现在标注的几十万mAh，发展之快让人瞠目结舌。其实，那些超高容量的充电宝，都是虚标的，实际根本不可能达到这么大的容量。这往往从其体积大小就可初步估计出来。采用18650电芯的，可以估计出有几颗电芯，采用聚合物电芯的，根据充电宝的块头和聚合物电池的比容量，也能粗略估计出容量。当然，最直接的检验方法就是实际充电，对普通手机进行5次充电都做不到的，其容量自然也不会上万。

● UPS——无间断供电方案

邱元阳：在计算机系统中，UPS的使用由来已久，是各类电池中唯一提供交流电大功率输出的。这还不是它的主要特点，它的主要特点是逆变供电，也就是说，它是串联在设备的交流供电电路上的，有电时可以进行充电，当断电时能立即响应，转变为供电状态，向设备供电。

UPS（Uninterruptible Power System），即不间断电源，是一种含有储能装置（一般是铅酸蓄电池），以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的电源系统（如图3）。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，同时还向内部电池充电;当市电中断时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损失。

图3 UPS电源

金琦：按照工作原理，UPS可分为后备式（Off-Line/Back-Up）、在线式（On-Line）与交互式（Line-Interactive）三大类。我们最常用的是后备式UPS，它具有自动稳压、断电保护等最基础也最重要的功能，但是有10ms左右的转换时间，逆变输出的交流电是方波而非正弦波，广泛应用于微机、外设、POS机等领域;在线式UPS结构较复杂，但性能完善，能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，解决尖峰、浪涌、频率漂移等几乎所有的电源问题，通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中;交互式UPS具有滤波功能，抗市电干扰能力强，转换时间小于4ms，逆变输出为模拟正弦波，可用于服务器、路由器等网络设备，或者用在电力环境较恶劣的地区。

刘宗凡：UPS是一种集数字和模拟电路、自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备，可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电，从而使人有充裕的时间应对。随着信息化社会的来临，UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节，担任着保护数据的重要角色。

● 快速充电——长期的梦想

邱元阳：为了解决智能手机电池续航能力的问题，手机和电池厂商一方面加大电池容量，一方面想方设法加快充电速度。2014年3月，OPPO Find 7手机率先采用“VOOC闪充”技术，实现了智能手机的快速充电，在大约半小时的时间内，就能将3000mAh的电池充到75%。随后，众多手机品牌相继跟随：小米米4手机实现了1小时充60%;New MOTO X配备涡轮快速充电器，15分钟能充电25%左右;三星Galaxy S6的快充功能则能30分钟充电50%。这些快速充电方式不同程度地缓解了续航能力不足的难题。

金琦：类似的快充技术还有高通的新一代充电技术协议Quick Charge2.0（如图4），可比起一般充电方式减少75%的充电时间，对应的快速充电器（兼容5V、9V、12V三种电压规格）有：Motorola Turbo ChargerPower up fast、HTC Rapid Charger 2.0、三星EP-TA20CBC、Ktec冠德VP001、小米MDY-03-EB等。Power Integrations公司为此技术推出了AC-DC墙插式充电器接口IC——CHY100，用于充电器厂商设计基于高通Quick Charge 2.0协议的充电器。

图4 Quick Charge 2.0充电器接口IC芯片CHY100

刘宗凡：手机电池经数次充放电循环后常常会出现使用时间缩短的情况，令人倍感困扰。德州仪器的MaxLife 技术采用创新电池老化模型系统，可大幅缩短充电时间，延长30%的电池使用寿命。MaxLife基于阻抗跟踪（Impedance Track）电池容量测量技术，可避免高倍率快速充电所造成的电池老化问题，精确控制充电电压和电流，及充电结束时间，并可准确预测并避免导致电池老化的充电条件。

邱元阳：哈佛大学纳米化学专业的女学生埃沙·哈尔（Eesha Khare），18岁时发明的充电神器可以在20～30秒快速完成手机充电。该发明是由氢化二氧化钛、聚苯胺纳米棒组成的高性能超级电容器，能在微小空间内装载超多能量，不仅充电速度快，还能长时间保存电量。此外，该设备的充电周期达到1万次，而传统充电电池只有1000次左右。并且这个电容器还是柔性的，能被用在柔性显示屏，以及穿戴设备上。如果该项发明能够投入使用，将给手机充电带来一场新的革命。

金琦：在手机之外，还有一些电池也需要快速充电，如电动车、电动汽车。特斯拉电动汽车的目标，是实现5分钟超快速充电。目前特斯拉的超级充电站只能在30分钟内为Model S电动车充电一半。在500公里的续航里程下，如果充电耗时不会大于加满一箱汽油，那么新能源汽车很快就能取代汽油车。

刘宗凡：目前快速充电技术很多是利用加大充电电流与功率，这对锂离子电池来说或多或少都有损害，并面临过热和爆炸的风险。一方面续航时间不足，一方面充电时间过长，这让人们头痛不已。以锂离子电池为代表的充电电池，要想突破这两方面的局限，还有很长的路要走，这正是锂离子电池供电的长期梦想。不过，前路已见曙光，梦想即将照进现实。

● 无线充——前途无限的蓝海

金琦：锂离子电池续航能力不高是智能手机的顽疾。这个问题有两种解决方式：一是提高电池寿命，二是提高充电的便捷性。相对而言，后者取得实际进展似乎更加容易，市面上的各种充电宝已经可以解决大部分的问题。鉴于为充电带来的便利性，无线充电技术是近年来热门的充电攻关技术之一。

刘宗凡：现在的无线充电标准主要有三种：Wireless Power Consortium（简称 WPC，即Qi标准）、Power Matters Alliance（简称PMA）和Alliance for Wireless Power（简称A4WP）。三种充电标准各有优劣，Qi标准适合用于智能设备，背后有上百家手机和其他厂商的支持，是目前使用数量最多的无线充电标准;PMA更偏向用于充电设备，如咖啡厅的桌子、家里的家具等，杜邦公司、星巴克、AT&T是其会员;而A4WP标准很好地解决了多设备同时充电的问题，背后有Intel、高通的支持。最近，A4WP和PMA表示将于2015年合并，短期内两者的联姻将不会对市场造成太大的冲击，不过期待两者合并后的组织和Qi形成新一轮竞争，应该会和当年的HDDVD和蓝光竞争一样，最后决出一个胜利者。

邱元阳：在今年的移动世界大会（MWC）上，宜家（LKEA）宣布推出能够为手机、平板电脑和其他移动设备提供无线充电服务的家具。这些家具将把流行的Qi无线充电技术整合到家具上的特殊充电板中。人们只要将支持Qi技术的移动设备放在充电板上就能给设备快速充电。Qi联盟的成员包括三星、微软、摩托罗拉、诺基亚、HTC、Verizon Wireless等超过200多个，已有80多款智能手机支持Qi技术。Qi技术的工作原理是磁电感应，即通过内置的磁性线圈来产生一个小的电磁场，然后通过能量转换来给移动设备的电池充电（如图5）。

图5 无线充电器发射端内部电路板

金琦：有一家uBeam公司摒弃了以前无线充电必用的磁共振，而是选择了超声波作为媒介，其过程是首先将充电器的电能转化为超声波，然后在另一头用设备捕捉这些超声波转换回电能，接收者再连接该设备实现充电。不过目前仍在实验阶段。

刘宗凡：现在无线充电技术越来越火了，在电池待机时间还不够长的情况下，方便地进行无线充电已是大势所趋。

技术无极限，应用亦无极限。