8分钟就能把没电的手机充满?那我手机会炸么?

人们对手机的依赖有多深,对电池的焦虑就有多强。

尽管各家都在积极推动快充技术,但目前大多数人用有线充电的时候,充满都需要十多分钟。

不过最近小米推出了一项能在 8 分钟就从 0 充到 100% 的充电技术,被命名为小米 200W“Hyper Charge”。

这是有线充电首次进入十分钟时代。

估计很多人跟我一样,看到这疯狂的充电速度,第一时间只想知道:

充这么快我的手机会爆炸么?

8 分钟就能把没电的手机充满?那我手机会炸么?

想要快速给用户充电同时也保证安全,需要全方位来设计技术,这是一个系统工程。

根据小米前段时间公布的“Hyper Charge”技术在实验室内可以实现的最新数据,4000mAh 电池下 44 秒充电 10%,3 分钟充电 50%。小米还同时公布了一项新的无线充电技术:120W 无线充电,15 分钟充满 100%。

能实现这两个技术的很大功劳,在于一个被精心魔改过的小米 11:

先是充电架构。小米将小米 11 Pro 的有线充电架构,魔改为三颗转换效率达 98.6% 的电荷泵并联充电;

其次是电池设计。由 5000mAh 硅氧负极单电芯电池,更换为 4000mAh 10C 石墨烯超级快充电池,以两个电池串联的方式充电;

而 120W 无线充电则定制先进制程工艺的 30V 无线充电芯片,

最后实现了以上的充电数据。

如果有关注过华为 Ov 其他几家采用的充电方案,会发现有线快充基本是在解决三个问题:

电池本身的充电性能——通过改良结构和引入新材料实现;

充电过程中的效率问题——通过提高电流或电压来实现更快的管道,但背后则需要调整整个充电架构;

以及非常重要的安全问题,保证充电过程中的温控和稳定性——这就需要加入足够的散热和过温保护的设计。

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2019 年 vivo 推出的双电荷泵、双电芯方案,图片引用自网络

实际上,从过往的快充技术进化历史来看,充电技术也是从最早的高电压方案,需要着重注意手机发热的问题,到低电压大电流优化,采取充电器和线材定制,最后逐渐过渡到尝试高电压高电流的方案,背后也正是对应的上面尝试解决的三个问题。

其实对应到小米这次的技术改造,路数都已比较常见,比如三颗电荷泵并联充电,电荷泵的快充技术的通路是直流-直流转换器,是指电流通过外部充电器进入到手机内部后利用电容作为储能元件,进行电压电流转换。之前常见的产品也有华为的 40W 超级快充。

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华为 40W 超级快充原理,引入电荷泵,图片引用自网络

此次的亮点更多在于电池的改造。

目前比较通用的是单晶三元正极材料,它通常可以提高锂离子传递效率,同时减小材料与电解液之间的副反应,从而提高材料在高电压下的循环性能。

而本次为了实现电池在导热稳定性以及导电性上的提升加入了石墨烯材料,使得电池可以 10C 充电。单个 10C 电池可以接受最大 100W 功率,而通过两个电池串联同充的方式就可分散 200W 充电。

而大家都知道,充电速度跟电池的能量是对应的,当速度越快,内部也会设计更多的“冗余”保证速度,牺牲空间,两者不可兼得。

所以,手机厚度一定的前提下,想要在电池内部堆叠设计更多的架构和保证散热必定会挤压电池能量空间。当然,4000mAh 是小米这台魔改 11 Pro 的标定电池容量,实际生活中,这也算是接近标准的手机电池容量。

但这还是带来空间优化的难题。小米工程师称,小米充电技术的提升,主要是因为采用最新的氮化镓技术,开关频率比 120W 提高了一倍,里面很多的储能器件都可以用更小的;另外一个技术是平面变压器技术,取代了传统绕线的变压器,200W 变压器的体积比 120W 的还小,基本可以和 120W 做到相应的尺寸,量产之后可能会更小。

我们也可以在小米放出的一张宣传图上看到,魔改小米 11 Pro 的充电器大小看起来倒是和此前提供的 120W 闪充大小差不太多。

这一系列大刀阔斧的改造,会带来更多安全的挑战。

小米也做了更多过温保护设计——小米工程师称为了保证 200W 的充电安全,做了多达 40 多项的安全保护设计。

他举了几个例子:

主板设计的时候会采用独立的 MCU+ 充电算法,当充电状态发生异常时,比如说通信异常、软件死机等 ,MCU 就可以快速切断大功率快充路径。

小米在 Type-C 端口增加了一些耐腐蚀的铑钌合金材料,可以极大降低快充过程中对 Type-C 接口的腐蚀,另外小米在 Type-C 端口设计了过温保护的检测电路,一旦检测到充电端口温度过高的时候能及时降低充电功率或者是切断充电路径。

不过,这些设计遇到当下手机市场的现实,可能又有新的挑战:当前市面上的每家手机厂商都在发展自己的私有快充协议,这就造成了一定的“兼容性”问题,使用A品牌的充电器不能快充B品牌的手机,甚至使用B品牌的充电器 +A 品牌的线也不能完美快充B品牌的手机。

我们身边就有不少每天日常使用两台手机的朋友,基本上如果想要实现快充,还要携带两套充电设备。而在这个基础之上,各家也推出了支持私有协议的配件,比如充电宝。

小米工程师称,虽然小米也有自己的私有协议,和其他家不一样的是小米的快充协议兼容的友好性更好一些,“在兼容 PD、PPS 的基础上开发小米私有协议。”

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最近国家电信终端产业协会也传来了好消息,鉴于快充市场目前的现状,协会也发布了《移动终端融合快速充电技术规范》,协议主要是提出了一套 UFCS 协议(Universal Fast Charging Specification),规定了一套手机、线缆和充电器的交互流程规范。

其主要目的是为了解决目前市面上快充标准复杂多变且互不兼容的问题——虽然各家私有协议都不一样,但通过 UFCS,可以灵活调整电流电压。而这份协议标准正是由华为、OV、小米等头部厂家牵头,联合信息通信研究院一起发起,也得到了上下游产业公司的支持。

不过目前看,厂商是否会放弃私有协议还不好说,更可能会是在此前的公用快充协议标准上提高速度,保证更大的兼容。毕竟电池技术尚未有重大突破之前,发展快充技术是手机厂商们的必然,也是手机厂商技术攻坚的重要组成部分,这是手机厂商们必须角逐的“军备竞赛”。

从技术上来看,“爆炸”似乎不用过分担心。不过,这毕竟是一个大功率充电器,一位米粉就很关心宿舍跳闸的问题:

如果使用 200W 充电器在宿舍充电,假设宿舍五位成员都在使用小米快充,会跳闸吗?

回答是:“可能会。”

8 分钟就能把没电的手机充满?那我手机会炸么?

各位觉得,在实现了 20 分钟可以充满手机的现在,充电技术还有没有必要向 10 分钟内前进么?

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