手机快充完全指南：充电原理是什么？怎么样才能充更快？

Question

如题所述

Answer 1

手机快充完全指南：充电原理是什么？怎么样才能充更快？
手机充电的原理是什么？
1991年，索尼和旭化成公司联合发布了首款商用锂电池，从此，锂电池开始被广泛用于数码3C产品当中，手机自然也不例外。爱范儿（微信号：ifanr）曾在之前的文章中提及过锂电池的工作原理：锂电池分为正极和负极，正极是锂化合物，负极主要采用石墨材料，均浸泡在电解液当中。无论是放电还是充电，其实都是锂离子在电池的正极与负极之间移动、电能和化学能相互转换的过程。充电时，由于电场的作用，锂离子从正极移动到负极，并存储能量；放电时，锂离子在化学反应的作用下从负极又移动到正极，此时形成电流供电。锂电池充电的速度，实际上就是电能转化为化学能的速率，也就是所谓“功率”（P）。简单回顾一下中学物理，众所周知：P=IU，功率=电流*电压。电流或电压越大，功率也就越大，锂电池充电速度理应更快。但受到锂电池本身的限制，在欠压或过压的情况下充电，都会对电池产生损伤，因此锂电池的充电方式比较特殊，通常分为三个阶段：恒定电流预充电（Constant Current Pre-charge Mode）、大电流恒定电流充电（Constant Current Regulation Mode）和恒定电压充电（Constant Voltage Regulation Mode）。
在手机完全没电时，充电器先通过电流较小的恒定电流对锂电池进行充电，使其慢慢恢复活性；一段时间后，充电器会加大恒定电流，并逐步提高电压，这是锂电池充电的主要阶段；电池电量在80%左右时，充电器会在恒定电压下慢慢减小电流的输入，直到电流低于某个临界值，此时手机显示充满电。这样的充电流程，一般都是由手机内置的电源管理芯片进行控制的，而充电器大部分情况下仅仅是根据电源芯片的指令进行调控而已。因此，如果要提升手机锂电池的充电速度，必须在“大电流恒定电流充电”阶段下功夫。
如何才能充更快？
在功能机时代，手机对电池容量的要求不高，锂电池技术也不那么成熟，为了使锂电池充电趋于稳定，当时大部分厂商都遵循国家建议的低倍率充电标准“5V 0.2C”——即充电电压为5V，充电电流为0.2C（C代表代表电池充放电的速率，当电池以1C的电流充电时，1小时即可完全充满电。如果是1000mAh容量的电池，1C就是指充电电流为1A；2000mAh容量的电池，1C就是指充电电流为2A，以此类推）。但随着智能手机时代的到来，手机对电量的需求大增，低倍率充电标准已经很难满足充电的需求。而此时锂电池技术也有了较大的发展，稳定性更好，充放电的耐受性也有所提升，“快充”开始登上舞台。
什么是“快充”？本质上，“快充”就是一种在合理范围内提高手机充电功率的技术，旨在为手机迅速补充大部分的电量。由于功率与电压和电流的大小有关，目前“快充”主要分为以下两种方案：高压小电流和低压大电流。
“快充”是一整套的充电解决方案，需要手机内置的电源管理芯片、充电线、充电器三部分共同协调，缺一不可。iPhone就是一个典型的反例。尽管iPhone 8、iPhone X都已经支持快充，但配套的充电头却是“5V 1A”的规格，满负荷时功率也仅仅只有5W，充电效率极低。早在2013年，高通就意识到了“快充”对智能手机的重要性，当时就推出了Quick Charge 1.0标准，通过提高输入电流来提高充电效率，让搭载骁龙600处理器的手机支持“5V 2A”充电。但由于micro USB接口的限制，超过2A的电流很可能会造成损毁的情况，于是高通又想到了另一套解决方案——提高接口的电压。在把输入电流限制在2A以内的情况下，通过提高供电电压，同样可以达到提升功率的效果。经过不断地改进，高通的Quick Charge 2.0/3.0可以实现“9V 2A”，也就是以最高18W的功率进行充电。“高压小电流”快充方案启发了不少同行，联发科的Pump Express Plus 1.0/2.0、三星的Fast Charge、魅族的mCharge 3.0都是类似的解决方案。不过，在高电压输入手机之后会有一个降压过程，此时手机内部会产生热损耗，导致发热严重。因此，不少采用这套方案的手机在亮屏时都不会激活快充，以防机身过热。此外，由于厂商之间存在竞争关系，因此尽管快充实现原理相似，但彼此之间存在兼容性问题，因此要提升充电效率，首要的是选择兼容性好的充电器。
2014年，搭载VOOC闪充的OPPO Find 7横空出世，充电功率达到惊人的22W。随着OPPO手机的热卖，“充电五分钟，通话两小时”的广告词也深入人心，消费者开始认识到“快充”的意义。VOOC闪充的快充原理就是“低压大电流”策略。由于micro USB接口限制了输入电流的大小，因此OPPO干脆将整套充电系统进行定制——充电器、充电线、手机内部电路都进行改造，并采用电池多线路充电的方法，使得VOOC闪充能够以“5V 4A”进行充电。（VOOC闪充充电器）
VOOC闪充的好处在于，把充电过程中的发热组件基本都设置在充电器里，在实现快充的同时手机不至于过热。但缺点也比较明显，一是得配合VOOC闪充充电器、充电线才能使用，二是整套解决方案成本较高，搭载VOOC闪充的手机价格都不会太便宜。
归根结底，手机快充的症结所在，就是那个小小的micro USB接口——你可能也注意到了，近年来搭载USB-C接口（全称USB Type-C）的手机越来越多，实际上这就是手机接口革命的前兆。USB-C可以说是未来接口标准的一个交点，有以下几个重要特性：支持正反插拔、兼容USB 3.1标准，最快支持10Gbit/s传输、支持USB Power Delivery充电协议，最大可以提供100W的电力，并且可双向供电、支持DisplayPort，可以输出音频与视频。
目前 USB-C 最典型的应用，其实就在任天堂年初发售的新主机 Switch 上。仅靠USB-C接口，Switch就实现了正反插拔、主机供电、游戏输出等功能，让Switch能在掌机和主机之间自由切换。这也是为什么新MacBook、MacBook Pro都只采用Thunderbolt 3接口的原因（外观与USB-C相同，功能上兼容USB 3.1）。USB-C支持USB Power Delivery充电协议（简称为PD充电协议），得以让手机充电的输入电流、电压都有所突破，最高可达“20V 5A”（新MacBook Pro搭载了四个USB-C接口）。
现阶段，USB-C还处在一个过渡期，并不是所有采用USB-C接口的手机功能都兼容USB 3.1标准、采用PD充电协议，但根据充电头网的消息，新标准或将于12月份公布，届时，手机市场也许会迎来快充新秩序。此外，2017年发布的三款新iPhone也都支持PD充电协议，采用“高压小电流”的快充方案，输入功率可达15W，不过电量达到75%之后功率会降低到7.5W左右。
小技巧：怎样让手机充电变得更快？
弄清楚手机快充的原理和类型之后，提高手机充电速度的办法也就一目了然：充电时少玩手机、开启“省电模式”进行充电、选用合适的快充充电器。前两点很好理解，属于能够小幅提升充电速度的技巧。对于采用“高压小电流”快充方案的手机，由于在手机内部存在降压过程，会产生热损耗，因此亮屏时通常都不会激活快充，以防机身过热。而开启“省电模式”（iOS称为“低电量模式”）后，手机系统的各项功耗都会有所减少，因此充电速度也就更快。目前，Fast Charging等号称能够让充电速度变快的App，也都是采用类似的原理——通过严格地控制手机的功耗，来提升手机充电速度。（iPhone的“低电量模式”开关）
事实上，选用合适的充电器，看似微不足道，却是最影响手机充电效率的部分。Android支持快充的Android手机，原装充电器的充电速度通常都是最快的（不过也有反例存在，华为P9就没有标配快充头）。如华为Mate 10使用标配的HUAWEI SuperCharge充电器，就能以“5V 4A”的低压大电流进行充电，但如果使用其他的充电器，则无法保证快充效果。如果你不确定自己手头的充电器是否支持快充，也可以简单地通过充电头上标识的参数进行判断：“圆圈闪电”标识表示支持高通Quick Charge技术，只要你的手机搭载了高通处理器，基本上都可以用这种充电头实现快充。“输出功率”则决定了充电速度的快慢，功率在15W以上的充电头都属于快充头。一般来说功率较大的充电头，