作者| l文先生l(酷)
2019 年,是各家手机厂商快充突飞猛进的一年,40w、44w、50w,到 65w,率越来越高;
2020 年,是各家手机厂商快得期待的一年,100w、120w,各家实验室都在加速率 “破百”。
厂商的进步都非常明显,不过快充带来的一些疑虑还可以挖一挖。
过去,人们常说 xx 快充砍涓流、伤电池,而如今,有更多厂商开始了类似的行为;
人们发现,一些手机电量显示 ,并非真正充满,而有些手机在报满之后距离停充还有颇长的一段时间。
涓流充电?UI 快充?到底是指什么,恐怕不少人只是人云亦云,并不知道这两个词语的真正含义。下面就让我 “借题发挥”,解释下充电的一些基本概念。
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才疏学浅,文中我的一些观点可能存在疏漏之处,希望有人可以一起探讨,谢谢!(反正近闲着也是闲着,是吧)
首先,什么是涓流充电?
这需要解释下充电流程。
手机电池大多是高压电池,目前苹果惯用电池是 4.35V 满电,Andid 厂家惯用电池是 4.4V 满电。
电池就像一个水桶,在空掉时要防止过猛的流量把桶底充伤,低位时可以大流量充入,高位时又要小心流速,防止涨裂。所以充电过程就一个 先慢→再快→再慢 的过程。
充电过程就是根据电池电压进行了划分。常见的手机电池电压可以从 2.8V 到 4.4V 变化,也对应着从过放到满电的过程。
由于分类方式不同,充电过程会有不同的定义方式,我选择了我熟悉的一种来介绍。主要是以下几个阶段:
涓流充电(tckle charge)→预充电(pre charge)→恒流充电(const crent charge)→恒压充电(const voltage charge)→充电终止(charge termination)
涓流充电: 在电池过放时(如 2.8V 以下)先进行恢复充电,防止过高电流损坏电池。此时软件并未启动,是硬件控制的行为。
预充电: 电池电压偏低(如 3.5V 以下),还未达到 kernel 启动电压,但可以加载 preloader、little kernel,此时由软件控制,以小电流充电,依旧是防止过高电流损坏电池。
恒流充电 (CC): 此时 kernel 已经可以启动,各项传感器正常工作,可以以更大电流充电。以恒定电流充电,使电池电压不断。
恒压充电 (CV): 当电池电压达到满电电压(如 4.4V),此时充电电流逐渐降低,而电池电压维持在满电电压不再高。
充电终止: 降至截止电流时正式停充,充电过程结束。
以上五个阶段构成了电量从过放到停充的过程。
需要注意的是,这种分类法中的 “涓流充电” 并不是现在人们常说的 “涓流充电”(似乎有些饶舌)本分类法中的涓流充电,是指过放后电池回到开机电压前的一段充电过程。
人们常常提到的涓流充电,则是指充到 UI 显示 后,继续充一段时间的充电过程。这在我介绍的分类法中,属于恒压充电的一部分。
TI 的分类方法又有细微差别:
规矩都是人定的,所以充电过程如何分类并不是单一标准,大部分都逃不开 CC-CV 的大框架,但细分之下各家有各家的细微差别,这点不必过于纠结。
总结一下,人们常说的 “涓流充电”,其实是恒压充电的后阶段,也可以认为是 UI 报满之后的小电流充电阶段。
UI 快充又是什么?
这里又需要引入两个名词:截止电流,报满电流。
截止电流 / 停充电流: 顾名思义,充电电流降低到此阈值时就认为充满,手机停充。注意,这是终停止充电的阈值,而非电量达到 的阈值。大部分手机都会先 报满,再稍微充一会儿。(不少人喜欢将这段充电过程称为涓流充电)
报满电流: 电流降低到此阈值时就认为电量充至 ,UI 显示满电。从截止电流的解释就能看出,UI 电量和实际电量并不相等。
正如前文介绍充电过程时所说,恒压充电阶段,充电电流会逐渐减小,在后阶段,电流非常小,只有 100mA 左右。这导致后的几十 h 充电时间很长 –50mAh 就需要 150mA 充电 20 分钟才能充完。
如果把充电想象为给水桶中注入单位高度的水,那么给 10% 的水桶加入 1% 的水,和给 90% 的水桶加入 1% 的水,速度会相差非常大。
这就引发了几种设计思路:
1、设置报满电流大于截止电流,这就是俗称的 “提前报满” 能。也就是先 UI 报满,继续充一阵后再实际停充。
2、设置报满电流几乎相等截止电流,也就是 UI 一报满,立刻就停充了。
报满电流和截止电流具体设置多少,相差多大,就是各个厂家思路的不同了。
理论角度而言,当然是截止电流越小,电池充的越 “饱”,但由于小电流充电时间越来越长,终会得不偿失。
但如果截止电流与报满电流相差偏大,UI 报满之后隔了半小时才真正停充,可能就会有人觉得停充过早,不实诚了。“UI 快充” 就是对于这种情形的调侃。其实这种情况,各家厂商或多或少都会有,是一种普遍情况。小白测评的涓流充电时长表中也是可以看到的。
好了,繁琐的概念介绍完了,可以回答开头的问题了。
砍掉涓流充电是否真的会影响电池寿命?我们知道,其实多数人所说的” 砍涓流 “,是把 “UI 报满之后的小电流充电阶段去掉”。
这个问题需要看如何 “砍”。
假设一、原设计方案为报满电流 200mA,截止电流 150mA,终设置为报满电流和截止电流都等于 200mA。
这样砍掉 UI 报满之后的充电过程,对寿命并无影响。
“充到 UI 显示 后,继续充一段时间” 的 “涓流充电”,是恒压充电的一部分,砍掉了这部分充电,就像平时只充到 90% 就决定拔掉一样。这个行为本身对电池寿命并没有影响。锂电池没有记忆效应,浅充浅放反而对寿命有好处。
这种设计好处很明显,小电流充电时间实在是太长了,稍微一些截止电流,就能换来充电时间的大幅减少。
坏处则是充的没那么 “饱”。毕竟停充的早了。但电池不会因为提前报满而受损。
假设二、在去掉 UI 报满后小电流充电阶段的同时,用大电流充电继续充至停充。
这种假设,保持较大电流充电终停充,会不利于电池寿命。
充电末期,如果还采用大电流充电,会使锂枝晶析出增加,电池内部化学反应受到影响,也就是所谓的 “缩短寿命”。这就需要做更多改进来弥补了。
去年 OPPO 65W 快充就是一个比较典型的例子,使用了内阻更小的电池,更多的散热手段,更的充电芯片和电路设计,才能在带来大电流充电的同时,寿命不会有剧烈的影响 —- 如果依然使用原本的电池,大电流下循环次数就不容乐观了。
所以目前厂商的解决方案,其实就是用更好的电池和芯片,在大电流下的损失后,使其仍能通过原本的安规要求。(快充的损失依然存在)
展望:
2020 年,100W 以上的快充正蓄势待发,厂商和电池厂家合作,也是摸索新、新工艺,大电流下对电池损伤尽量保证原本的要求。
电池厂家不断努力,改善正负极理化特,改进烧结工艺…… 等等,电池本身在逐渐进步,电池可承受的电流也在逐渐增长,CV 阶段的 在逐渐提速。这也是手机厂商快充进步的助力之一。
未来又会有什么样的新技术呢?期待。
参考资料:
锂电池充电过程的四个阶段浅谈:
锂电池的充电原理:
具有率电荷泵(Charge Pump Charger)充电介绍:
高通 Quick Charge 快速充电原理:
电池快充的原理是什么?- 弗雷刘的回答:
也要感谢酷安的 @唐工 ,解除了我的一些疑惑,也写在文中了。
后,祝各位鼠年,百毒不侵。
- 文章为作者本人观点,不代表酷安