快充技术的前世今生

现在快充技术逐渐成熟,人们对电量的焦虑在逐渐下降。

2020年了,你还想手机能手动换电池吗?

前世

1994年8月 Simon 这部完全靠触摸操作的智能手机问世,给手机界开了这样一个先河:不可拆卸式电池。虽然 IBM 开了这样一个头,但是当时似乎并没有多少手机采用不可拆卸电池的设计,因为当时电池的比容量很小,为了能让用户使用更长时间,让当时的商务人士不会漏接电话,可替换式电池设计更能满足需求。

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图片来源:百度百科

人们所熟悉的不可拆卸式电池设计的还是于2007年发布的 iPhone 手机,给手机界真正带来了触控式交互和不可拆卸式电池设计。之后很多手机厂商渐渐地都开始设计了不可拆卸式电池,之后很多年,对于可更换式电池的手机,追求者不在少数。所以就有了这样一件东西——充电宝。

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充电宝,其实就是“可更换电池”的另外一种形式,它从容量上从几百毫安时,提升至几万毫安时;功率从5W,提升至了65W。还记得几年前出门不带充电宝,简直就如同随时失踪失连。

随着电池技术的提升、手机体积的增大,电池的容量不断提升,公众对电量的关注逐渐降低了。但是随之而来的问题是,大容量的电池充电时间会变得很长,于是,快速充电技术应运而生。

今生

(以下部分内容源于回形针PaperClip-回形针事务所008)

功率

在中国,城市内家庭交流电的有效电压是220V,输入功率从77W到330W,而充电器的输出功率却收到多方面的限制:

  • 首先是充电器的工艺质量,如果电流过大,充电器内部的变压器整流器将产生更多的焦耳热,产生巨大安全隐患。
  • 其次是充电器的大小,为了转换大功率的电流,充电器的体积必然会加大。
  • 最后是你的手机电池,它能否承受住高功率的电流输入,决定了你的手机会不会变成一个“定时炸弹”。

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为了提升充电功率,多年来出现了不同的充电方案。

P = U × I

  • 小电流高压协议:
    • 高通 Quick Charge
    • 联发科 Pump Express
    • 德州仪器 TI MaxCharge
    • 摩托罗拉 Turbo Power

以代表高通 Quick Charge 技术为例。2013 年高通 Quick Charge 1.0 协议随着骁龙600发布,采用了“提升电流”的做法:I = 1.8A, U = 5V, P = 9W。因为当时的手机充电器接口通常还是microUSB接口,最高通过的电流为2A。

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之后2015年高通 Quick Charge 2.0 随着骁龙810发布,电流可选:1.67A/2.0A/3.0A,电压可选:5V/9V/12V,则最高支持到了36W,但是当时其实并没有普及快充这项快充技术,一是因为快充的充电器价格高昂,而且当时不少手机电池工艺质量不足以承受9V甚至更高的电压。

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2016年,高通随着骁龙820推出了Quick Charge 3.0 技术,考虑到上一代技术在手机上的硬件限制,显著的特点是加入了INOV (Intelligent Negotiation for Optimum Voltage)技术,简单来说,这项技术就是通过与手机“交流”为了不同手机输出不同的电压,范围是 U = 3.6~20V,梯度降低到了200mV。而此时 USB Type-C 接口已经普及,所以电流为 I = 2.6A/4.6A。最高功率仍然为 P = 36W

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2017年,高通 Quick Charge 4.0 随着骁龙835发布,随后,高通 Quick Chage 4.0+ 随着骁龙845发布。除了兼容之前的 QC 快充技术外,还特别支持 USB PowerDelivery 3.0 的可编程电源供应技术:电压可以从 3V ~ 11V,步进 20mV;电流从 0A~3A,步进 50mA。而 QC 本身的电流提供:I = 2.6A/4.6A,电压提供 U = 3.6V~20V,则理论最高功率达到了接近100W,P = 4.6A × 20V = 92W。

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  • 低压大电流协议:
    • OPPO VOOC
    • 一加 Dash
    • 华为 SuperCharge

以小电流高压协议的代表 OPPO VOOC 闪充进行简述:

VOOC 快充 全称为Voltage Open Loop Multi-step Constant-Current Charging(电压开环多步恒流充电)。

2014 年 3 月 19 日,OPPO 率先推出 VOOC 闪充,并在 OPPO Find 7 上商用。相对于高通的 Quick Charge 技术,VOOC 快充的主要特点是在保持电压在 U = 5V 的基础上,将电流增大到了 I = 4A,所以功率达到了** P = 20W**。但是上文提到,microUSB接口只能支持2A的输出电流。于是OPPO将原有的USB线缆进行改造,增粗以减少电阻,承载更大的电流,同时增加了一个触电以识别VOOC快充协议。

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相信大家都还记得当年OPPO的广告词:“充电5分钟,通话2小时”。正是凭借这句广告词,OPPO的专利技术 VOOC 闪充进入大家的视线。

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2018 年, SuperVOOC 1.0 由OPPO Find X推出,同时支持的还有 realme X2 Pro,这项技术在前一代的基础上再次增大了电流,使 I = 5A,同时提升电压至 U = 10V的基础上,使功率一下增加到了 P = 50W。之后的2019年,SuperVOOC 2.0 发布,这次直接将电压电流提升至 I = 6.5A,电压保持上一代 U = 10V,所以最高功率达到了 P = 65W,已经和不少笔记本电脑的充电功率相同甚至更高(我手上这台MacBook Air才输入45W)。

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而同时OPPO继续升级了VOOC,并没有功率上的激进。2019年发布 VOOC 2.0,电流 I = 5V,电压 U = 5V,功率为 P = 25W。最新一代的VOOC采用电流 I = 6A,电压 U = 5V,功率 P = 30W的设计,可见VOOC系列还一直沿用着5V低压加大电流的方案。

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充电时间

搭载 SuperVOOC 2.0 的 OPPO Ace 2 在各类手机充电时间的排行榜中位列第一,不足半小时即可充满一块 4000mAh的电池。

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(图片来自:小白测评)

最后

内置不可拆卸电池的好处有很多,比如提高手机内部的集成度,能够使手机密闭防水,减少后改版散热等。而且目前电池容量已经很高了,充电技术越来越成熟。

回到最开始那个问题,2020年了,你还想手机能手动换电池吗?

想?可以购买诺基亚。

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