2019年,是各家手機廠商快充突飛猛進的一年,40w、44w、50w,65w,功率越來越高;
2020年,是各家手機廠商快充值得期待的一年,100w、120w,各家實驗室都在加速功率“破百”。
廠商的進步都非常明顯,不過快充帶來的一些疑慮還可以挖一挖。
過去,人們常說xx快充砍涓流、傷電池,而如今,有更多廠商開始了類似的行為;
人們發現,一些手機電量顯示100%,並非真正充滿,而有些手機在報滿之后距離停充還有頗長的一段時間。
涓流充電?UI快充?到底是指什么,恐怕不少人只是人雲亦雲,並不知道這兩個詞語的真正含義。下面就讓我“借題發揮”,解釋下充電的一些基本概念。
才疏學淺,文中我的一些觀點可能存在疏漏之處,希望有人可以一起探討(反正最近閑着也是閑着,是吧)
首先,什么是涓流充電?
這需要解釋下充電流程。
手機電池大多是高壓電池,目前蘋果慣用電池是4.35V滿電,Android廠家慣用電池是4.4V滿電。
電池就像一個水桶,在完全空掉時要防止過猛的流量把桶底充傷,低位時可以大流量充入,高位時又要小心流速,防止漲裂。所以充電過程就一個 先慢→再快→再慢 的過程。
充電過程就是根據電池電壓進行了划分。常見的手機電池電壓可以在2.8V到4.4V間變化,也對應着從過放到滿電的過程。
由於分類方式不同,充電過程會有不同的定義方式,我選擇了我熟悉的一種來介紹。主要是以下幾個階段:
涓流充電(trickle charge)→預充電(pre charge)→恆流充電(const current charge)→恆壓充電(const voltage charge)→充電終止(charge termination)
涓流充電:
在電池過放時(如2.8V以下)先進行恢復性充電,防止過高電流損壞電池。此時軟件並未啟動,是硬件控制的行為。
預充電:
電池電壓偏低(如3.5V以下),還未達到kernel啟動電壓,但可以加載preloader、little kernel,此時由軟件控制,以小電流充電,依舊是防止過高電流損壞電池。
恆流充電(CC):
此時kernel已經可以啟動,各項傳感器正常工作,可以以更大電流充電。以恆定電流充電,使電池電壓不斷提高。
恆壓充電(CV):
當電池電壓達到滿電電壓(如4.4V),此時充電電流逐漸降低,而電池電壓維持在滿電電壓不再升高。
充電終止:
降至截止電流時正式停充,充電過程結束。
以上五個階段構成了電量從過放到停充的過程。
需要注意的是,這種分類法中的“涓流充電”並不是人們常說的“涓流充電”(有些饒舌)本分類法中的涓流充電,是指過放后,電池回到開機電壓前的一段充電過程。
人們常常提到的涓流充電,則是指充到UI顯示100%后,繼續充一段時間的充電過程。這在我介紹的分類法中,屬於恆壓充電的一部分。
TI的分類方法又有細微差別:
規矩都是人定的,所以充電過程如何分類並不是單一標准,大部分都逃不開CC-CV的大框架,但細分之下各家有各家的細微差別,這點不必過於糾結。
總結一下,人們常說的“涓流充電”,其實是恆壓充電的最后階段,也可以認為是UI報滿之后的小電流充電階段。
UI快充又是什么?
這里又需要引入兩個名詞:截止電流,報滿電流。
截止電流/停充電流:
顧名思義,充電電流降低到此閾值時就認為充滿,手機停充。注意,這是最終停止充電的閾值,而非電量達到100%的閾值。大部分手機都會先100%報滿,再稍微充一會兒。(不少人喜歡將這段充電過程稱為涓流充電。)
報滿電流:
電流降低到此閾值時就認為電量充至100%,UI顯示滿電。從截止電流的解釋就能看出,UI電量和實際電量並不相等。
正如前文介紹充電過程時所說,恆壓充電階段,充電電流會逐漸減小,在最后階段,電流非常小,只有100mA左右。這導致最后的幾十mah充電時間很長--50mAh就需要150mA充電20分鍾才能充完。
如果把充電想象為給水桶中注入單位高度的水,那么給10%的水桶加入1%的水,和給90%的水桶加入1%的水,速度會相差非常大。
這引發了幾種設計思路:
1、設置報滿電流大於截止電流,這就是俗稱的“提前報滿”功能。也就是先UI報滿,繼續充一陣后再實際停充。
2、設置報滿電流幾乎相等截止電流,也就是UI一報滿,立刻就停充了。
報滿電流和截止電流具體設置多少,相差多大,就是各個廠家思路的不同了。
理論角度而言,當然是截止電流越小,電池充的越“飽”,但由於小電流充電時間越來越長,最終會得不償失。
但如果截止電流與報滿電流相差偏大,UI報滿之后隔了半小時才真正停充,可能就會有人覺得停充過早,不“實誠”了。“UI快充”就是對於這種情形的調侃。
其實這種UI快充,各家廠商或多或少都會有,是一種普遍情況。小白測評數據庫的涓流充電時長圖表中也是可以看到的。
好了,繁瑣的概念介紹完了,可以回答開頭的問題了。
砍掉涓流充電是否真的會影響電池壽命?我們知道,其實多數人所說的“砍涓流”,是指把“UI報滿之后的小電流充電階段去掉”。
這個問題需要看如何“砍”。
方案一、原設計方案為報滿電流200mA,截止電流150mA,最終設置為報滿電流和截止電流都等於200mA。
這種方案,砍掉的是UI報滿之后的充電過程,對壽命並無影響。
“充到UI顯示100%后,繼續充一段時間”的“涓流充電”,是恆壓充電的一部分,砍掉了這部分充電,就像平時只充到90%就決定拔掉一樣。這個行為本身對電池壽命並沒有影響。鋰電池沒有記憶效應,淺充淺放反而對壽命有好處。
這種設計好處很明顯,小電流充電時間實在是太長了,稍微提高一些截止電流,就能換來充電時間的大幅減少。
壞處則是充的沒那么“飽”。畢竟停充的早了。但電池不會因為提前報滿而受損。
方案二、在去掉UI報滿后小電流充電階段的同時,用大電流充電繼續充至停充。
這種假設,保持較大電流充電最終停充,會不利於電池壽命。
充電末期,如果還采用大電流充電,會使鋰枝晶析出風險增加,電池內部化學反應受到影響,也就是所謂的“縮短壽命”。這就需要做更多改進來彌補了。
去年OPPO 65W快充就是一個比較典型的例子,使用了內阻更小的電池,更多的散熱手段,更高效的充電芯片和電路設計,才能在帶來大電流充電的同時,壽命不會有劇烈的影響--如果依然使用原本的電池,大電流下循環次數就不容樂觀了。
所以目前廠商大電流快充的解決方案,其實就是用更好的電池和芯片,使電池在大電流下的損失后仍能通過原本的安規要求。
展望:
2020年,100W以上的快充正蓄勢待發,廠商和電池廠家合作,也是摸索新材料、新工藝,大電流對電池損傷盡量保持在原本的要求。電池廠家不斷努力,改善正負極材料理化特性,改進燒結工藝……等等,電池本身在逐漸進步,電池可承受的電流也在逐漸增長,CV階段的“緩慢”在逐漸提速。這也是手機廠商快充進步的助力之一。
未來又會有什么樣的新技術呢?期待。