智慧型手機飛速發展,電池技術卻進步緩慢,為了匹配當下人們對電量的需求,廠商們無法在控制體積的情況下增加電池容量,就只能選擇快速充電來曲線救國了。快充技術發展到現在,功率已經做得越來越高了,國內廠商基本都可以做到40~50W的快充。而vivo即將在上海MWC2019展會上展示高達120W功率的快充技術,理論上僅需13分鐘即可充滿4000mAh電池,如此高的充電功率到底用了怎樣的黑科技?
或許vivo在明天會公布技術細節,或許也不會。所以我們試著在已有技術的理論支持下,分析一下vivo的超級快充黑科技可能是如何實現的。
鋰電池充電原理
如今幾乎所有的智慧型手機都採用的鋰電池,我們要分析黑科技當然要從最基本的入手,那就是鋰電池充電的原理。
當然,我們也不需要深入的去了解,只需要知道基本原理就好了。可充電鋰電池電池的正負極如果形成迴路,就會放電,如果這個迴路中有比電池本身更高的電壓存在,它就會充電。舉個例子,電池連接燈泡,燈泡會亮,就是在放電;電池連接比自身電壓更高的電池,它就會充電。
手機充電說白了,就是充電頭和手機控制著電流和電壓,然後直連電池。
充電功率換算
很明顯,這裡面涉及到一個電壓和電流。而我們也知道,充電功率越大,充電速度越快。功率=電流×電壓,所以充電的快慢可以用電壓和電流大小來衡量。
一般的手機鋰電池的電壓在3.3V~4.2V之間,正常的充電電壓也不能太高,否則會產生過衝,電池會報廢。比電池電壓高一點點就好了,大概在3.3~4.5V之間,基本不可超過4.5V。
所以不管充電器輸入手機的電壓是多少,都會降壓到這個範圍再聯通電池。而手機中管理電池和充電器連接的,就是充電IC了。順便提一下,所有的降電壓都會損耗能量,能量會以熱量的形式損失,也就是會發熱。電荷泵技術的誕生就是減少這個降壓過程的能量的損失,提高轉換效率。各種高壓快充都會降低電壓到對電池安全的範圍,相應的降壓的過程,電流肯定會增大。
但一般鋰電池的電流也會有限制,充電電流(mA)應該控制在0.1~1.5倍電池容量(與電池質量有關),也就是說4000mAh的電池,充電器給電池的電流最多4000mAh×1.5=6A,否則會直接影響電池壽命。
我們可以大概計算一下,在不改動電池的情況下,一塊普通4000mAh的鋰電池,最大支持4.5V×6A=27W充電功率。
很熟悉吧,小米9的快充剛剛好也是27W快充,這基本上已經是不改動電池的極限了。不過小米9由於電池容量沒有到4000mAh,所以電流沒有這麼大,嚴格來說小米9的27W只是充電頭端而已,到電池的功率會降低一些。同理,如果充電器的功率大一點比如到30W,其實沒有關係,因為充電的過程是有損失的,而且充電全程的電壓電流都是晶片可控的。不過人們似乎喜歡數字更大一些,所以討論的充電功率其實都是充電頭的數字,真正的電池充電功率都會小一些的。
我們也可以發現,在這樣極限的情況下,如果電池的功率已經到了27W,那再加大功率也沒用,電池也不允許呀。那市面上動不動幾十W的快充怎麼來的?
改造電池
傳統方法不能繼續提高功率的話,當然我們就只有另外找方法。於是我們看到目前市面上兩種方案來提升電池的充電速度。
單電芯雙IC
簡單來說,就是給電池再加一個充電的通道,一個通道只能通過這麼大的電流,那就再加一個!目前採用此方法的都能做到40W以上,華為的40W快充和iQOO的44W快充都是採用的此方法。
當然,充電過程能量的損失和產生的發熱都會翻倍,特別是充電IC和電池的熱量需要導出,所以我們看到華為和iQOO的兩款快充手機不約而同的在手機中加入了對電池的散熱措施。
雙電芯
顧名思義,就是直接在手機中做兩塊電池,只不過都接到了一根線充電而已。目前採用此方法的在售機型只有一款,就是OPPO R17 Pro,達到了目前在售設備中最大的充電功率,50W。
還有一款便是華為的Mate X摺疊屏手機,它有天然的優勢放兩塊電池,一邊一個,不過還沒有發售。有消息稱,華為可以將其提高到65W,當然,是充電頭上的功率。
是的,就是這麼簡單粗暴,直接兩塊電池同時充。相比單電芯雙IC的方案來說,雙電池的優勢發熱量會低一些,缺點就是能量密度小一些。這個很簡單,兩塊2000mAh的電池,體積肯定是比一塊4000mAh的電池大的。
vivo的120W可能會是什麼樣呢?
通過以上的分析我們可以知道,在電池技術沒有質的突破的情況下,想要直接增加電池的充電功率是不可能的。而電池技術如果有突破的話,我想我們應該早就聽到風聲了,所以vivo此次的充電技術大概率還是已有技術的堆疊。
單電芯單IC做到接近30W是已經可以實現的,需要說明這個30W是充電頭的功率。那麼雙電芯並每克電芯雙IC能否達到4倍的效果呢?算起來正好120W的功率,當然也是充電頭功率,充電功率肯定都往多了算,數字越大越好嘛。
可能有經驗的人會問了,USB Type-C接口不是最高支持100W的功率麼?其實這個問題解釋起來比較複雜,簡單來說就是,這個100W是USB PD快充協議定下的,而vivo自家的快充其實一直都不兼容USB PD。也就是說,vivo的快充超過100W功率是沒問題的。
接下來就剩一個問題了,vivo是如何在單個電芯容量並不高的情況下提高電池充電電流的,可能只有等vivo的技術人員來解釋了。
不管怎麼樣,120W的充電功率確實也算黑科技了。vivo自屏下指紋識別以來,一直發力技術,在升降攝像頭方面也有了一定的技術積累。iQOO上拿出44W快充已經讓人驚訝,如今的120W超快充雖然只是技術展示,但也確實秀出了vivo的肌肉。
這樣玩技術的vivo,你怎麼看呢?