電池無(wú)法顛覆突破，快速充電上演“圍魏救趙”大戲

鋰電池是整個(gè)數碼設備生態(tài)系統中最薄弱的一環(huán)，續航能力成為巨大挑戰，在目前沒(méi)有比鋰電池更好的電池新技術(shù)應用前，如何實(shí)現鋰電池的快速充電成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。除了三星，包括華為、Oppo、Vivo、小米等國內外主流3C企業(yè)都在積極布局快充技術(shù)，并成為其市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)的最大賣(mài)點(diǎn)之一。

快速充電標準加速統一與普及

目前快速充電標準處于戰國時(shí)代，許多芯片廠(chǎng)商與手機廠(chǎng)商推出了各種充電技術(shù)，如高通Quick Charge 4.0/3.0快充、聯(lián)發(fā)科MediaTek Pump Express快充、Oppo VOOC閃充、一加Dash快充、華為SuperCharge超級快充、TI MaxCharge快充等。

這些標準除了各有特點(diǎn)與優(yōu)勢外，最主要的問(wèn)題是各自為戰，在線(xiàn)纜及充電頭上都有一定的特殊性，電源芯片管理也具有不同之處，缺乏通用性，給快充普及帶來(lái)不利影響。

可喜的是，推廣、制訂USB(通用串行總線(xiàn))的非營(yíng)利組織USB-IF(USB開(kāi)發(fā)者論壇)公布了USB PD (Power Delivery) 3.0 的最新更新內容，統一了快速充電技術(shù)規范的PPS (Programmable Power Supply，可編程電力供給)，為數碼設備跨廠(chǎng)牌快充的愿景，提供了一定的基礎。

USB-IF公布的USB PD (Power Delivery) 3.0 的最新內容，當中納入了高通(Qualcomm)的Quick Charge 4.0/3.0、OPPO VOOC、聯(lián)發(fā)科Pump Express 3.0/2.0，還有華為SuperCharge等快充解決方案。同時(shí)，USB PPS還和我國工信部的泰爾實(shí)驗室達成了共識，預計將與國標實(shí)現統一。

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在規范方面，USB PD 3.0在加入PPS之后，輸出電壓范圍從5V調整到3.0V～21V;而可調整電壓幅度則是20mV，可以實(shí)現低壓大電流直充。并且不允許USB連接埠不透過(guò)USB PD的協(xié)議來(lái)進(jìn)行電壓調整。USB PD 3.0標準將進(jìn)一步推動(dòng)業(yè)界研發(fā)支持PPS技術(shù)的芯片以及解決方案。而全球的數碼設備特別是智能手機用戶(hù)將有可能在2017年或稍后體驗到電源充電器統一帶來(lái)的便利性。

此前，Android手機陣營(yíng)因為歐盟的強制規定，也曾體驗過(guò)凡micro USB充電頭幾乎皆可通用的便利性。然而如今USB PD 3.0的重要更新，則進(jìn)一步將手機快充也納入進(jìn)來(lái)，擴大了原先的領(lǐng)域。另外，谷歌在A(yíng)ndroid 7.0的OEM規范中就明確指出，快速充電必須基于USB PD而來(lái)，也算是倒逼PPS出臺的一個(gè)因素。

USB PD 可兼容5V/12V/20V 不同充電電壓和 1.5A/2A/3A/5A不同充電電流，最大支持高達 100W 充電功率。同時(shí)，USB PD可以將電源線(xiàn)和信號線(xiàn)整合至同一條線(xiàn)纜內。除了能夠給手機、平板等移動(dòng)設備充電外，還可給筆記本等以前無(wú)法通過(guò) USB充電的設備快速充電。USB PD設定了 10W、18W、36W、60W、100W五級充電規格，不僅充電功率強悍，更可以實(shí)現雙向充電。

USB Type-C 與 USB PD 協(xié)議共生，有望統一快速充電標準，而且隨著(zhù)USB Type-C接口的普及，將推動(dòng)快速充電技術(shù)的大規模應用。智能手機、平板電腦、筆記本電腦等所有的數碼設備都有望實(shí)現充電器和數據線(xiàn)的統一。

快速充電技術(shù)

近十年，數碼設備特別是智能手機硬件以飛快的速度發(fā)展，CPU從低頻單核，到現在的高頻多核，伴隨著(zhù)性能飛速提升的同時(shí)，續航能力越來(lái)越成為數碼設備最大的瓶頸。

而鋰電池技術(shù)這么多年來(lái)基本處于原地踏步狀態(tài)，在電量不夠用的情況下，如何解決電池的續航問(wèn)題成為關(guān)鍵?？焖俪潆娂夹g(shù)可謂鋰電池在應用上的一次創(chuàng )新，只需要十幾分鐘的充電過(guò)程就可以達到普通充電一小時(shí)左右的程度，大大提升了充電效率，也利于用戶(hù)利用零碎時(shí)間給數碼設備充電。在電池容量無(wú)法得到顛覆性突破的情況下，快速充電技術(shù)成為解決消費者應用痛點(diǎn)的迂回之策。

中國信息通信研究院對快速充電的定義是：30分鐘充電進(jìn)入電池的平均電流大于 3A 或者 30 分鐘充電電量大于 60%。

快速充電主要是保證鋰離子(Li+)快速地從正極嵌出并快速的嵌入負極，不能造成鋰離子(Li+)的沉積。

快速充電技術(shù)三種不同的實(shí)現形式：

(1)電壓不變，提高電流;

(2)電流不變，提升電壓;

(3)電壓、電流均提高。

快速充電是一個(gè)系統的綜合工程，快速充電系統包括快充標準，快充電源適配器，接口 E-marker芯片，線(xiàn)纜，數碼設備芯片，電池等多個(gè)部分。各部分都必須針對不同標準專(zhuān)門(mén)設計，才能實(shí)現快速充電功能，并且保證充電安全。

快充適配器：需要專(zhuān)門(mén)適配器將交流電降為所用快充協(xié)議規定的電壓電流，并提供足夠安全保證。

快充線(xiàn)纜：需要能承載 5A甚至更高的大電流，并且搭載接口芯片做識別、認證和保護。

數碼設備芯片：對電源管理 IC和處理器提出更高要求，支持在數碼設備軟件界面充電類(lèi)型選擇和保護。

快充電池：使用專(zhuān)門(mén)的快速充電電芯，充電倍率(充電電流/電池電量)至少在 1.5C以上。

快速充電作為提升用戶(hù)使用體驗的微創(chuàng )新，未來(lái)將逐步得到普及。無(wú)論在數碼設備還是新能源汽車(chē)上，快速充電作為一種能夠實(shí)現加速充電、減少等待時(shí)間的技術(shù)，在產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟的情況下，將得到越來(lái)越多的應用。

快速充電技術(shù)的挑戰

快速充電技術(shù)對于鋰電池材料、系統組成結構等方面都提出了更高要求和挑戰?？焖俪潆娺^(guò)程中，確保設備安全性和傳輸數據的穩定性對于數碼產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是極具挑戰的。

快充是一個(gè)系統的綜合工程，既要材料配合，電池結構設計也相應要改變，還需匹配大功率充電器，并不是所有的電池都適合快充。

既然是快充，那么未來(lái)的發(fā)展方向自然是比快更快。低壓快充方案未來(lái)的最大發(fā)展瓶頸在電池上。充電器的輸出功率可以做到很大，但怎么讓電池能夠都承受住這么大的電流輸入是需要考慮的。

高壓快充方案，除了要解決電池問(wèn)題外，未來(lái)還需要解決快充時(shí)所帶來(lái)的發(fā)熱問(wèn)題。比如手機充電時(shí)轉換效率基本在80%左右，最多也就90%，這就意味著(zhù)還有10%沒(méi)有轉換的能量會(huì )變成熱量。這部分熱量導致設備發(fā)熱。由此可能引起用戶(hù)對于安全問(wèn)題的擔憂(yōu)。

假設在高壓快充方案下，將充電器輸出功率提升到70W，在手機降壓電路處的轉換損耗按照損失10%來(lái)計算，發(fā)熱將達到7W。而這是一個(gè)非?？鋸埖臄底?，解決難度不小。因此做好熱管理是實(shí)現快充的基本要求。

快充技術(shù)實(shí)質(zhì)是將盡可能多的電量塞進(jìn)鋰電池里，不斷挑戰電池技術(shù)的材料和設計的物理極限，同時(shí)也在間接威脅著(zhù)電池的使用安全和壽命。

快充是通過(guò)電壓電流轉換來(lái)實(shí)現的，在保證安全的前提下尋求更高效的轉換技術(shù)本身就是行業(yè)瓶頸。如果不能保證安全，再高效的快充技術(shù)都是無(wú)用的。

小結：在數碼產(chǎn)品有限的空間里以及電池容量很難提升的情況下，使用快充技術(shù)顯得非常必要，但我們需要在保證不影響電池可靠性等因素的基礎上發(fā)展快充技術(shù)。隨著(zhù)電池技術(shù)的突破配合成熟的快充技術(shù)，將推動(dòng)數碼產(chǎn)品的更快速發(fā)展。