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各种电池快充技术介绍
日期:2014-12-24 09:03  
中国化学与物理电源行业协会
   电池续航能力差一直是智能手机的老大难问题,目前市场比较看好的是以三星为主体的无线充电系和以高通MTK苹果等为主角的快充系。自从国产品牌OPPO力推快充技术以来,相比较无线充电快充技术似乎更适合解决智能手机的续航问题。

  小米新一带旗舰机小米4S以及小米5也将主打快充技术,高通、联发科、TI这些芯片巨头积极研发自家的快充技术,又有一项差异化特性将成为标配。那么快充技术都有哪些解决方案供选择?现在的快充技术都哪些优势?快充适配的机型都有哪些?明年快充只需要一根带有USB 3.1接头的数据线?
 
  高通Quick Charge2.0一马当先
 
  适配机型:小米4、三星S5、HTC One M8
 
  高通Quick Charge 2.0的发布,在不改变MicroUSB充电接口的前提下,让手机充电速度飞跃提升,节省了不少等待时间,这一新技术得到了手机厂商的推崇,引起了用户和媒体的持续关注。高通力推下,Quick Charge 2.0的手机、充电器已经突破了数十款,在众多已经发布或即将发布的快充技术中,高通已经一马当先。
 
  名字上看就知道它的意思:提升充电速度,其原理是电压与电流都加大。将充电电压从5V提高到9V,而充电电流则是由1A提升到1.6A。如果你观察下小米手机4的充电器,就会注意到印有多种电流与电压的标识,它支持这种技术。
 
  Quick Charge 2.0需要手机与充电器都符合这一标准才能使用,为了防止老版本手机在充电时被过大电流烧毁,充电器中还加入一个IC控制器判断,不符合Quick Charge标准的也有5V低电压与1A电流伺候。
 
  技术参数图:
 
 
  Quick Charge 2.0已经融入到高通骁龙801处理器芯片中。目前支持这一技术的手机与相应的充电器搭配即可支持,例如小米4,三星S5或是HTC One M8,理论上,Quick Charge 2.0比传统USB充电方式快75%。,能在30分钟内为3300毫安时的电池充入60%的电量。
 
 
  这项技术的局限性在与于芯片,这是高通的技术壁垒。虽然骁龙210这种入门货也支持,但非高通芯片,比如魅族的三星Exynos,华为的海思,以及MTK6595等就没办法了。
 
  除此之外,还有OPPO VOOC、MTK Pump Express Plus、TI MaxCharge、Apple 20V、USB 3.1 PD等快充规范。有着这么多的快充技术,用户再也不必为充电久等了,这些快充技术都会在2015年到来,下面就让我们先睹为快。
 
  另外,这OPPO VOOC与Quick Charge 2.0这两种方案,都只谈到了充到前百分之XX用时多少分钟,而不是100%。
 
  这是对电池芯片保护的一种办法,在电池快满的时候,就要控制充电速度。类似与给车加油,到最后快满的时候,需要慢慢点加油,避免溢出(特斯拉的超级充电桩也是这样。
 
  OPPO VOOC闪充技术
 
  搭配机型:OPPO Find 7、 N3
 
  VOOC闪充的充电器也有专门的芯片,名为MCU芯片,取代传统充电中的充电控制电路。这颗芯片可以自动识别当前充电设备是否支持VOOC闪充。另外,它的充电口,虽然也是MicroUSB,但有7针,电池也是特制,触点达到了8个。
 
  专门的适配器、电池、数据线、电路、接口,所有这一切都满足时候,才能开启闪充,实现4.5A大电流输出输入。如果检测到不支持,会自动使用稳定充电电流实现慢速充电。
 
  应该说,OPPO这套解决方案效果不错,实测效果好于高通的方案,目前也发展到第二代,并衍生出支持VOOC闪充的车载充电器和充电宝。它的弱点在于,整个充电的每个环节都要改造,成本高,是OPPO专利,目前除了他们自家的几款手机,其他厂商还没有采用的(OPPO似乎也没向外推广过),鉴于OPPO暂时还没有高通的号召力,它的推广难度要大于Quick Charge。
 
 
  OPPO的VOOC是首批商用的快充技术之一,与其他提升电压的技术不同,OPPO采用了5V大电流输出,从而提升充电速度。OPPO在Find 7上首次尝试自主研发的VOOC闪充技术,输出规格为5V/4.5A(22.5W),实际测试确实效果突出,从23%充到100%只用了一个小时。而OPPO N3则配备了全新升级和改良的二代VOOC闪充,输出规格提升到5V/5A(25W),官方称30分钟即可完成从0-75%的快速充电。作为OPPO的独门绝技,该充电技术是一整套定制的电路、电芯、接口、数据线,配以智能MCU芯片的适配器,并不适用于其他手机。
 
  

  MTK Pump Express Plus充电技术
 
  搭配机型:Koobee Halo 3
 

 
  高通已经打造了自己的快充标准联盟,作为好基友,MTK岂能坐视不理。MTK基于自己的处理器和充电系统,也推出了快充技术,这套技术命名为Pump Express Plus。Pump Express Plus的最大输出电压是12V,以便安全可靠地输送15W以上或更高的电能。这是一套MTK的专有协议,旨在为功能手机、智能手机及平板电脑等移动设备快速充电,其最大充电速度比传统充电器快45%,它能够更加高效地向电池输送电能,从而缩短充电时间。MTK已经在MT6595、MT6732等平台开放Pump Express Plus充电技术,首款具备这一技术的手机Koobee Halo 3也已经正式发布,离上市不远了。

  TI MaxCharge快充技术
 
  搭配机型:暂无
 

 
  叫阵高通和联发科,TI也推出了移动快充协议MaxCharge;TI将绕开手机处理器,在电池和充电器端曲线实现快充。TI计划于2015年春季发表自有快充通讯协议MaxCharge,将会带来快速充电性能及锂电池控制效能,抢攻快充应用商机。大多数常见的墙式适配器在输出电压为5V时的功率小于10W。通过引入高压/可变电压适配器,充电器行业正在突破输入功率限制。TI的MaxCharge充电器和适配器能够处理充电器和适配器之间的协商,这一功能节省了系统资源并减少了成本。当实现成功信号交换时,适配器将在标准电源接口上输出高电压(例如9V、12V);如果充电器IC不支持MaxCharge,适配器将保持在标准的5V电压输出。
 
      Apple 20V快充技术
 
  搭配机型:iPhone 6S
 

 
  今年年初,美国专利与商标局新近公布的一项苹果专利申请文件显示,未来 iOS 或将配备输出 6V 到 20V 的充电器,打破现在 5V 的充电器限制。这意味着苹果要在 iOS 设备中配备”超级电池”,苹果的目标或许是让 iOS 设备充电更快。也许在明年秋天发布的 iPhone 6S 中就会配备这款新的充电器。苹果在专利申请描述中表示,造成目前充电时长从1小时到12小时不等的主要限制因素是 5V 的电压。随着未来更大容量的电池将会成为标准配置,5V 明显不能满足顾客快速充电的需求。专利示意图中显示,iPhone 可以使用最高 20V 的充电器来充电。这一项专利申请是2013年第四季度提交的,苹果是否会在来年就上市 6V 到 20V 的充电器,一切皆有可能。
  
  USB 3.1 PD充电规范
 
  搭配机型:诺基亚N1
 
  USB标准化团体USB应用者论坛(USB-IF),在2014年4月于深圳举行的英特尔开发者会议“IDF14 Shenzhen”上公开了“Type-C”的解决方案。USB 3.1 Type-C是全新设计的接口样式,大小有些类似MicroUSB,但是上下两端是完全一样的,也就是不再区分正反面,两个方向都可以插入。这和苹果的Lightning闪电接口是一个思路,今后插入USB设备的时候,再也不用摸索方向了。 USB 3.1 Micro-B虽然名字和现在类似,但也发生了变化,更宽了,不过依然可以兼容现有的MicroUSB数据线。 另外,Type-C还支持较以往提高了供电能力的“USB Power Delivery Specification (USB PD)”。USB PD根据可供给的电力设定了10W、18W、36W、60W、100W五级规格,据USB-IF介绍,Type-C连接器支持100W(20V、5A)的供电
 
      凹凸科技 支持两串电池快充
 
  搭配机型:小米4S或小米5
 

 
  所谓快充,是指将充电的输入电压提高,比如正常5V的充电器,将电压提高到9V,同样1A的电流下,充电功率直接加大了近一倍。原来的5V 1A可能要充2个小时,但是用9V可能1个小时就可以了。
 
  凹凸科技工作人员表示,“目前我们公司针对快充有一整套的方案,包括接口芯片,接口的话我们有自己的协议”。采用凹凸科技的升压控制器(Boost),可以支持两串电池,电压可以做到8.4V。在同样电流的情况下,功率可以增加一倍。“我们这个其实单串的电池充电电流很大,我们用两串的电池,电压高了后,同样给电池充电功率就提升了。但是用两串的是有一个问题,5V的USB不能给两串的充电。”正常情况下单USB 5V是不能给两串电池充电的,如果要做快充,还是需要9到12V高电压的充电器。
 
  但是这又造成了另一个问题,USB接口对电流的要求是不能有1.5A。如果对电流有限制,要实现快充的功能只能提高电压。这里就设计到一些规范,比如适配器的充电规范最高已经到了20V,从功率上未来最高可以达到65W。这样的好处是,未来一个适配器可以给手机、平板、笔记本,所有的充电都可以用一个适配器完成。
 
      无线充电和快充哪个靠谱?
 
  业界普遍担心快充技术会对电池造成损害。该工作人员表示,这里的关键是电芯。如果采用传统的电芯,肯定会造成损耗。现在新型的电芯可以通过不同的配方和工艺来解决这个问题。另外一个是系统的电源管理,要形成快充的规范或标准,只有符合标准的终端产品才能够快充,不符合标准的产品则会自动切换为传统的小电流的充电模式。
 
  无线充电不够方便快捷,限制了成为手机器件标配的机会,现在还在市场和技术之间挣扎。不过,无线充电对电池芯片伤害小,稳定,相信不久无线充电就会加入快充这一特性,出门在家再也不用担心手机没电了。
 
  说了这么多,看似很美好,但遗憾的是,因为手机设计美学比技术更吸引人(能直接拉动销量),充电这个产业的发展也比硬件迭代的周期长很多,所以电池技术的革新要比理想状况慢很多,我们预估,充电技术要到明年下半年才会看到比较大规模的应用。
 
  至于加点燃料能用十几天之类的电池,几乎都还在实验室阶段,或者因为成本、实用性等各种原因无发量产,所以目前,买个充电宝随身带着还是最稳妥的方案……
  

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