手机如何也不能只看跑分,充电如何也不能只看功率

2021-07-23 01:48    来源:萌哈科技

十年前,手机的安兔兔跑分有12000分,十年后的今天,高通骁龙888处理器的安兔兔跑分已经在70万左右,手机性能增长了数倍;十年前主流手机充电功率普遍为五福一安,十年后功率过百瓦的不止一家。这些都是科技发展带来的,十年过去了,很多人已经意识到跑分不能代表一切,还要看电池的容量、充电的功耗等,但是多数人还没有意识到充电好坏也不能只看功率大小。

在普通人看来充电只要插上充电线就好,事实上要做好充电是一个复杂的系统工程,这个系统由“电源适配器、线缆、PMIC集成电源管理电路和电池端”组成。除此之外,还要考虑温度的控制、安全性、兼容性等因素。

说到充电这件事儿,我们不妨看看这些年充电技术的发展,十年前 “五福一安”是市场的主流,随后USB IF正式颁布了USB BC 1.2充电协议,最大功率达到了7.5W。到了2013年,高通发布了QC1.0快充协议,达到了10W功率,此时快充的发展线路是高压小电流方案,优点是对线材的兼容性较好,因此也被众多厂商所使用,缺点就是充电时手机较热,如果还同时玩游戏安全性就会降低。

2014年,OPPO发布了闪充技术,不仅将功率提升到20W,还开辟出了低压大电流的方案。因为USB协议的限制,传统的micro USB数据线上是无法传输4A的大电流的,平时我们手机用的USB线的Micro 端接口有5针,如下图所示:,

为了能传输大电流OPPO将自己的USB线的micro端改为了7针,中间5针与普通的USB线的micro端一致,可以相互通用,而在两端各增加了一个针脚。当然USB线的另一端的铜片也比普通的USB线更宽,这样就可以传输4A的大电流了。

这是一个不起眼的小设计,估计大部分人也只是感觉OPPO的充电线更粗一些,但正是这样的设计才保证了安全,因为方案不同对线材的要求也不同,OPPO的充电线在插上后会进行识别,符合要求的线材才可以使用大电流的方式充电,避免劣质线传输大电流出现意外的情况。从这一点也可以看出来一个完整的快充解决方案不仅仅是高功率,还要充分地考虑不同情况下高功率充电所带来的影响,尤其是安全问题一定要考虑到。

快充重不重要呢?看销量就知道了,凭借着“充电5分钟,通话2小时”的VOOC闪充,OPPO迅速的占领市场,成为当时手机市场的宠儿。从此,快充成为中高端手机产品的标配,不同的是,USB3.1、Type-C接口等新的技术和接口开始普及,PD等充电协议开始推广,高功率快充快速发展,并在过去两年充电功率突破了100瓦。

我们的市电是220V,给手机充电要进行电压电流的转换,高功率充电带来的第一个问题是转换过程中的发热问题,功率越高发热越大体积也越大,目前业界普遍采用的是GaN材料,可以有效的控制体积和发热,在手机厂商中第一个将GaN应用到充电适配器上的厂商就是OPPO。

很多人会有疑问,电脑、空调等功率更大,手机为什么几十瓦就值得吹呢?一方面是物品的体积和散热要求不同,另一方面手机充电最大的瓶颈在电池。 对于电池的充电来说充电倍率是关键,这个充电倍率一般用C(Current-Rate)来表示,目前超过100W的快充普遍的都是采用6C的电芯,高倍率电芯意味着更低的阻抗,为了实现高倍率充放电,电池化学体系也需要更加活跃,化学反应的反应速度要快,从另外一方面来讲,就是一旦出现短路,热失控更容易发生。结果就是安全隐患相比过去会提升,需要解决这个问题才能普及更大的充电功率。

目前大功率快充电池解决方案主要有两种,一种是单芯多极耳电芯,另一种就是以OPPO闪充为代表的串联双芯大电流方案,串联双芯的方案是目前最多厂商采用的,也是目前的主流。串联双芯方案一直以来有个问题就是两个电池之间因为包裹层的原因,要么牺牲点体积要么牺牲点容量,对于这个问题,OPPO将传统串联双芯的方案改为上下堆叠设计和叠片式内部结构,可以减少无效空间浪费并且在保持双电芯的所有安全性能的同时提升至少5%的容量,此外,低阻抗熔丝以及代替两颗硅MOSFET的氮化镓电子开关都也都有效的提升了充电效率和体验。

这些技术都很好,但是OPPO最让我惊喜的是夹心式安全电池,众所周知聚合物锂电池的密闭特性面临的最大问题是针刺和撞击引起电池短路起火,要改变这种特性需要对电池进行改造。传统锂电池通常使用的正极集流体是铝箔,负极集流体是铜箔,在安全电池中,OPPO使用一层新型的复合材料作为基体,采用非常有挑战性的工艺镀上两层铝层行成一个“三明治”结构的集流体。又在这个“三明治”集流体上又涂覆了一层安全涂层形成最终的五层安全保护结构。在OPPO实验室的实际测试中,不影响电池性能前提下,夹心式安全电池可以做到100%通过针刺与重物冲击实验。万一还是受到损害呢?电池受到损伤的瞬间,由于正负极短路,电池的电压会出现跌落的情形,利用这个特性可以通过电池安全检测芯片检测电池是否受损,在排除掉误触场景后检测到电池受损时,会给用户“电池状态异常”的提示,提醒更换电池。严重情况下还可直接切断电流输入。

这几年充电领域除高功率快充外的另一大趋势就是无线充电,而在无线充电中因为电磁转换会产生的热量,对无线快充影响很大,OPPO推出的隔离型电荷泵技术则很好的解决了这个问题,它可以在提升充电效率的同时,减少发热,并保障电芯不出问题。

换句话说,OPPO通过一系列技术保证充电的高功率,又通过夹心式安全电池方案和电池安全检测芯片芯片保证电池在各种场景下的安全。从目前来看OPPO在快充的研究依然走在前面,尤其是对于安全的保护,这也是对消费者的负责,期待新的OPPO快充技术应用。

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