科普:快充给手机充电有安全隐患吗?

随着手机进入到智能机时代,人们对于智能机的依赖程度与日俱增,可以看到的是,手机的屏幕变得越来越大,但是电池容量,却一直处于一个相对稳定的范围区间,于是手机的续航能力被一次又一次的推到风口浪尖上,不知引得多少用户吐槽。不过面对电池技术的瓶颈,很多技术人员也是徒呼奈何,正是在这样一个背景下,一种曲线救国的解决方案出现了,它就是快充。

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既然电池本身续航能力不够,那么从充电速度上着手确实是一个不错的解决之道,在目前市面上的产品中,采用的快充方案大致有四种,即高通的QuickCharge版(如QC2.0、QC3.0),联发科版(Pump Express和Pump Express plus),OPPO的VOOC,以及TI的Maxcharge。

最后一种方案实际上同时兼容了高通QC2.0版和联发科Pump Express协议,可以看做是在原有USB 5V充电技术上进行突破的综合版本,所以一般我们都将主流的快充技术分为前三种。

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我们知道,几种快充方案在速度上,相比于此前的充电效率,要提高了很多倍,其中比较令人耳熟能详的广告文案便是“充电5分钟,通话XX小时”。这就不免令人怀疑,在如此告诉的充电效率下,安全性真的能够保证吗?

快充为何能缩短时间

想要探究安全性,我们还是要先从理论开始补习,至少,我们也要先了解快充的原理,那么快充为何能够缩短时间呢?从物理计算公式上来说,功率(P)=电压(U)x电流(I),在电池电量一定的情况,功率标志着充电速度,套用这个公式,我们再来看三种快充方案,就会比较好理解了。

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VOOC

低电压高电流模式

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首先来说一下较早的快充方案VOOC吧,该方案是采用了低电压高电流模式,简单来说,就是在电压一定的情况下,通过增加电流,使用并联电路的方式进行分流,进行并联分流之后,每个电路所分担的压力会变小,而在手机中也进行同样的处理,每条电路所承受的压力也会变得更小,从而在保证充电速度的同时,也能减少手机充电时适配器与手机的发热情况。

相信很多朋友都知道,OPPO的闪充充电线缆线路采用了7针的设计,就是为了解决大电流在传输线路里的损耗过大的问题,电池的触点也相应增加,并采取了一定的均流措施,也是为了解决大电流下电池发热问题。

同时,VOOC使用了MCU单片微型计算机来取代传统充电电路中的降压电路。智能的MCU管理芯片可以自动识别当前充电设备是否支持VOOC闪充,以确定是否采用闪充模式。

Quick Charge

高电压高电流模式

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相比于VOOC,高通Quick Charge 2.0采用了一种不一样的方式,高电压高电流模式,顾名思义,也就是同时增大电流与电压,通过前面的公式P=UI,我们可以发现,这种方式是增大功率最好的方法,不过其中的弊端是增大电压的同时会产生更多的热能,这样其中所消耗的能量就变多了,而且电压与电流也无法无限制的随意增大。

好在为了弥补消耗增加的不足,高通推出了Quick Charge 3.0方案,采用了“最佳电压智能协商”(Intelligent Negotiation for Optimum Voltage,INOV)算法,可在任意时刻实现最佳功率传输,且最大化效率。与Quick Charge 2.0相比,可以提高快速充电速度最高达27%,减少功率损耗最高也可以达到45%。

而且在充电电压方面,Quick Charge 2.0提供5V、9V、12V和20V四档充电电压,Quick Charge 3.0则以200mV增量为一档,提供从3.6V到20V电压的灵活选择。这样就使其能够适应各种手机,允许手机获得恰到好处的电压,达到预期的充电电流,从而最小化电量损失、提高充电效率并改善热表现。

Pump Express

高电压恒定电流模式

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与Quick Charge 2.0相似,Pump Express由于提高了充电器的输出电压,突破了充电电流的限制。同时缺点也与QC2.0类似,由于充电器的调压档跨度比较大,导致手机端充电路效率偏低。

于是MTK Pump Express Plus快充技术应运而生,其与高通Quick Charge 3.0类似,增加了调压档数,每档200mV。手机可以根据电池当前电压以及充电环路衰减,向充电器申请合适的电压,以达到以电效率的最大化,以进一步降低手机在充电过程中的发热量。

快充是否会影响电池使用寿命?

看过了几种快充方案,下面回到干货问题上,快充是否会影响电池使用寿命呢电?其实电池快充技术对于电池寿命的影响的说法最早从消费电子时就存在了,不过这一说法真正的被外界担忧,还是出现在电动车刚兴起的时候,当时充电桩和充电站还非常稀缺。

所以为了保证充电速度,一部分充电站使用了直流电,能够让电动车在短时间内充满尽可能多的电量。所以,问题便自然而然的出现了,因为在技术不成熟的情况下,用直流电频繁的快充,势必令电池的寿命缩短。

不过,美国能源部SLAC国家加速实验室中,一支由来自于斯坦福大学和斯坦福材料与能源科学研究所的研究团队最新研究发现,这种说法很可能是错误的。快速充电或者快速放电,对于电池本身是有影响的,但或许并没有大家之前所设想得那么严重,而慢充,对于电池的益处也并没有那么大。

我们都知道,电池的充放电过程,就是阴极与阳极释放和吸收离子的过程。而这这个过程中,电池电极的变化是决定电池寿命的因素之一。但是直到这项研究之前,电极在充放电过程中的变化一直并没有被充分地理解和认知。

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,这也是电池电极会受到损耗和损伤的主要原因之一。在研究时,科学家们选择了磷酸铁锂电池作为观察对象。在观察中发现,如果材料中的大多数或者所有的离子都参与到充放电过程中,那么这些离子被释放和吸收的速度就会放缓,也会更加统一。

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所以,对于快充对于电池的影响,我们还是要辩证的看,对于不支持快充的手机来说,如果采用大电流或者大电压的充电器,设备无法承受如此高的电流电压,电池自然会出问题,不过只要你使用的是原装配套的充电器或者是其认证的配件,就不必担心。

或者直接充电脑的USB接口上充电,任何设备几乎都不会有问题。这也是此前很多专家建议大家用原装充电器的原因。

每款设备在出厂前,都会有一系列的监测机制,对于电流电压的承受力,也都会有一个标准,只要不超过这个标准,就不会有太大的影响。我们前面也提到,电压、电流和电阻都是相互联系的,电压越高,电流会更高效,不过高电压也会更危险,所以就需要一个智能的电压控制器来监控电压并依此调节送入设备的电压和电流,而大部分充电器以及手机都是拥有这一功能的。

至于快充,在我们分析过其原理后,更能够确认其保护机制,比如高通以及联发科的解决方案,即便自动分档的每个档位断档较大,那么对于电池的影响也是极其有限的。

快充的安全性到底有没有保障?

那么快充的安全性到底有保障吗?这个可以举个简单的例子,比较利于理解,可以想象电池是一个水球,那么在水球小的时候,我们可以很随意的快速加水,不过当水量达到一定的程度,水球承受能力快达到临界值,如果继续快速加水,很可能把它水球弄爆炸。

所以为了保证水球不爆炸,最后阶段就要减小水量,控制得当,就可以在水球不爆炸的情况下把水球灌满。

而结合快充,我们看到不管是哪种快充协议,都是前期爆发式充电,将效率最大化,而到了90%的电量后,则进入涓流充电,充电器与设备里的芯片协同工作,以控制进入电池的电流,达到充电5分钟,通话几小时的快充效果。

正是因为有了这样的协同工作,所以根据手机的情况,控制好电流,在安全性上就不会出现太大的问题。当然,这一切都需要手机与充电器相匹配才行,如果采用早期不支持自动调档的快充充电器,为不支持快充的手机充电,还是可能出现安全性的问题,所以在匹配充电器的时候,大家还是多费心研究一下比较好。

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  1. lrj 5
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    看来 充电器 不能 乱用了.

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