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[分享] 快充对电池的影响

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发表于 2019-5-7 07:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
什么是电池的快充?
     首先我们要清楚锂离子电池的充放电原理,电池有两极:正极是锂化合物,负极为石墨。充电放电都是电能和化学能的相互转换,在锂离子在正负极运动过程中,也在变成不同的化合物。
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快速充电是一个相对笼统的概念,它有着三种不同的实现形式:
(1)电压不变,提高电流;
(2)电流不变,提升电压;
(3)电压、电流均提高。
      但要真正在手机上实现快充,不单单只是在电压和电流上做提升就足够了。快充技术需要一整套定制的电路、电芯、接口、数据线以及配套的快充适配器,同时你还需要做一套智能电源管理系统,以便让手机能够根据不同的充电情况,提供安全智能的充电保护。
不同快充方案解析
目前,快速充电技术大体有三种:
1、OPPO的VOOC闪充快速充电;
2、高通Quick Charge快速充电;
3、联发科Pump Express Plus快速充电;


一、高通Quick Charge
     高通Quick Charge就是高电压低电流的典型方案,目前高通快充技术已经不知不觉来到了Quick Charge 4第四代,从最初的QC 1.0仅仅支持最高5V/2A的充电功率,到QC 2.0可以兼容5V/9V/12V/20V四档充电电压,并且达到最大3A的充电电流水准。而Quick Charge 3.0则是在QC 2.0的基础上进行的改进,以200mV增量为一档,支持3.6V到20V的工作电压动态调节。这样一来,手机厂商就能够根据自家产品的需求调整到最佳电压,从而达到预期的电流,提升手机的充电效率。


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      升级版的QC 4.0通过Qualcomm Technologies的平行充电技术Dual Charge,与前代QC 3.0相比,可以享受到高达20%的充电速度提升。除了提升充电速度之外,QC 4.0还实现了更短的充电时间和更高的效率,能在更准确地测量电压、电流和温度的同时,保护电池、系统、线缆和连接器。一方面提升充电速度,一方面保护了电池、充电器等设备。
 
二、OPPO超级闪充
      接下来再来看一下低电压高电流标准的OPPO VOOC闪充技术,VOOC选择的是保持电压不变,通过加大电流的方式提升充电速度。回顾OPPO VOOC闪充的这两年,最早诞生于2014年,之后在同年的10月推出了VOOC mini,15年用户量已经突破千万,得到了业内外人士的认可,去年年初,OPPO又推出了超级闪充技术,充电速度还要领先于OPPO的VOOC闪充。


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      在了解超级闪充技术之前,先熟悉一下手机电池充电的三个阶段,分别为恒流预充电、大电流恒流充电和恒压充电。当手机处于低电量时,电压也会相应降低,此时充电器会使用较低的电流对电池进行充电,当电池的电压高于预定数值后,就会采用恒流充电。
     而OPPO的最新闪充技术正是利用了这样的工作原理,对电流进行严格的调控,这样的好处在于,避免了增压提升功率的方式,因此在线路损耗方面会减少很多,并且有效遏制了手机发热的现象。在经历了第一代VOOC快充充电器庞大以及充电线接口会断的隐患后,目前终于呈现给我们在快充、便携和安全这三方面都兼顾的快充技术了,只是这项技术只适配于OPPO这一家产品,兼容性还不够。


三、MTP Pump Express Plus快充
     除了高通和OPPO这两个比较突出的快充技术,联发科MTP Pump Express Plus快充技术的原理和高通Quick Charge大同小异,都是保证了恒定电流,通过加大充电器到手机USB端口的电压来实现更大的充电功率。


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      我们发现近两年PumpExpress技术开始崭露头角,内置PMIC电源管理集成电路,允许充电器根据电流决定充电所需的初始电压。由PMIC发出脉冲电流指令通过USB的Vbus传送给充电器,再根据这个指令调整输出电压。
目前,最新的Pump Express 3.0宣称能够在20分钟内为智能手机充满70%电量,同时相比PumpExpress Plus功耗减少50%,间接降低发热。相比QC 3.0的200mV为一档的增量的做法,PumpExpress 3.0电压微调幅度仅为10mV,理论最高可提供5A充电电流。
     此外,诸如一加的DASH极速闪充也是类似OPPO的VOOC闪充技术,原装充电器可以输出5V/4A的功率;再比如魅族的mCharge 3.0,由于是基于联发科平台,因此mCharge快充技术基本也是依托于MTK推出的Pump Express。


双协议快充方案是怎么回事?
      关于快速充电技术不少消费者有一个误区,总觉得联发科SoC配备MTK快充技术,Qualcomm骁龙SoC配备QC快充技术。其实并不一定,快充技术芯片和电路也能够单独购买,最经典例子就是魅族PRO 5虽然采用了Exynos平台,但是整合了MTK PEP快充方案,而不是三星AFC标准。类似地,vivo不少采用MTK平台机型依然支持基于QC 2.0标准的双引擎闪充技术。
      另一方面,三星旗舰机配备自家的AFC快充标准,同时兼容QC 2.0。而三星C5和三星C7并不支持QC快充技术,必须使用三星自家的快充头才可以快速充电。三星Galaxy Note7更同时支持QC、PD和AFC三大标准。
基于这个原则,我们不难理解双协议快充方案,手机厂商只要肯给钱,就能够从不同快充供应商获得解决方案,别说集成两种快充方案,再多理论上也是可以的。


快充安全么?
    目前来说,各家的快充还是具备技术保障的。因为在一整套快充方案里电源管理模块早就预设了手机电池所能承受最高的电压、电流、温度等安全防护机制,其中包括了温度保护、短路保护、过放电保护、过流保护、过压保护等多项防护技术,确切的来说,快充技术是安全的。


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快充会影响电池寿命吗?
     从原理上来看,电池的损害基本上来源于两方面:
     一方面是在电池充放电的时候,电池的阴极与阳极会随着离子的释放和吸收而缩小和膨胀,长时间快充会破坏电池上的化学物质,导致电池寿命缩短。
     另一方面在快充时,由于电流的比较高,电流的热效应会加剧,导致电池会产生高温,高温也会让容量骤减和电芯永久性损坏的现象。


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     大家都知道,锂电池的优点之一,就是可以在方便时刻随时为锂离子电池充电,而不用非要想把电用光之后再充。那么,什么叫充电周期呢?


     一个充电周期意味着电池的所有电量由满用到空,再由空充到满的过程,这并不等同于充一次电。说得简单一点,600毫安的锂电池,你第一次由0毫安充到了400毫安,用啊用啊用了N毫安;然后你又充了150毫安,再用了N毫安;最后再充100毫安,当最后一次充到50毫安的时候,这块电池的一个充电周期就到了。(400+150+50=600)


      一块锂电在第一天只用了一半的电量,然后又为它充满电。如果第二天还如此,即用一半就充,总共两次充电下来,这只能算作一个充电周期,而不是两个。因此,通常可能要经过好几次充电才完成一个周期。每完成一个充电周期,电量就会减少一点。这也就是为什么很多使用锂电池手机的人会经常说:“这个破手机,刚买回来可以用4天,现在充一次电只能用3天半”的原因。不过,这个电量减少幅度非常小,高品质的电池充过多次周期后,仍然会保留原始电量的 80%,很多锂电供电产品在经过两三年后仍然照常使用。当然锂电寿命到了最终还是需要更换的。


     锂电的寿命一般为300-500个充电周期。假设一次完全放电提供的电量为1Q,如不考虑每个充电周期以后电量的减少,则锂电在其寿命内总共可以提供或为其补充300Q-500Q的电力。由此我们知道,如果每次用1/2就充,则可以充600-1000次;如果每次用1/3就充,则可以充900-1500次。以此类推,如果随机充电,则次数不定。总之,不论怎么充,总共补充进300Q-500Q的电力这一点是恒定的。所以,我们也可以这样理解:锂电池寿命和电池的总充电电量有关,和充电次数无关。深放深充和浅放浅充对于锂电寿命的影响相差不大。


     事实上,浅放浅充对于锂电更有益处,只有在产品的电源模块为锂电做校准时,才有深放深充的必要。所以,使用锂电供电的产品不必拘泥于过程,一切以方便为先,随时充电,不必担心影响寿命。


     所以普通充电状态下锂电池也有寿命的问题,每次充电也会对电池造成一点的损害,只不过这种损害微乎其微,需要长达一年甚至以上的时间才会在手机上表现出来。所以无论是快充还是普通充电其实都会对电池产生不可逆的伤害,只不过快充的损害稍微会比普通充电状态要强一点。但从目前快充技术的各种保障下,这种电池损害还是处于安全且合理的状态下。
目前绝大部分的提供快充方案的公司都没有从电池角度给出其对电池寿命的影响,但国家标准下电池充放电 500 次后电池容量在 80% 以上都为合格,在一年之内对使用影响不大。
      如果你习惯一到两年就换一部手机,或者愿意更换一个新电池,那快充的影响微乎其微。

此帖出自电源技术论坛


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一粒金砂(中级)

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发表于 2019-5-7 09:08 | 显示全部楼层
感谢分享
尽吾志也而不能至者,可以无悔矣。——王安石


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宇宙尘埃

发表于 2019-5-7 09:29 | 显示全部楼层
谢谢分享!


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测评达人

发表于 2019-5-7 10:00 | 显示全部楼层
快充可以减少充电时间,带来一些方便,但还是等无线充电普及才更方便了


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