超載

如何在更短的時間內充更多電量，就成為現(xiàn)在彌補電池技術不足的最好解決辦法。手機充電，基本都是以5V電壓為基準，配以電流大小來決定充電的快與慢。舉例來說，以往我們的充電器多為5V1A，這個方案充滿一個4000mAh容量的電池非常緩慢——畢竟它的充電功率只有5W。后來為了進一步增強充電能力，開始有廠商配備了5V1.5A乃至2A的充電器，并且手機的充電電路也做了相應設計。只不過，即便是5V2A的充電器，充電功率也僅有10W而已，動輒兩個小時以上的充電時間還是不能滿足生活節(jié)奏越來越快、手機使用越來越頻繁的當下。于是，快充這個概念便應運而生。

充電放電 原來是這樣

手機電池目前都是以鋰電池為主，它的基本充放電原理其實是電能和化學能的互相轉換。對于鋰電池來說，它的正極鋰化合物（可以是鋰離子、也可以是鋰聚合物），負極為石墨（不是石墨烯）。在充電的時候，由于電場效應，正極的鋰離子帶著電荷“走到”負極石墨端（路程中是穿過石墨的碳層孔）儲備電能;放電的時候，這些儲存在石墨中的電荷發(fā)生化學反應，又跑向了正極（鋰離子此時是富鋰裝填），這個化學變化中會形成電流，也意味著此時電池可以開始放電了。

理論上，只要是電池中的正負極材料保持化學結構不變，電池無論是充電還是放電都不會有任何損耗，鋰離子電池就能長時間保證充放電的循環(huán)。當然，現(xiàn)實世界中這是不可能的（例如高溫），因此必然會發(fā)生衰竭問題。而快速充電這個功能，其實是在高電壓、電流增大時讓鋰離子“跑得更快”，這樣儲能充電的過程就會縮短。

然而在增大電流時電池負極的石墨表面會逐漸發(fā)生破裂（充電電流小的時候這個過程很緩慢），這些裂痕會導致電極材料和儲能的電解液相互反應，簡單說碳孔會“越來越堵”，而且電池充電時帶來的高溫（大電流充電時溫度更高）也會影響電池內的化學物質。如此一來，石墨的通過性（碳孔）會大為降低，電充進來的少了，放電的時候也更加困難了——這就是電池的記憶效應，在快充的這個“加速器”作用下，過程也會加快，因此某種程度上講，電池充放電的壽命會有所降低。

當然，廠商在設計生產(chǎn)的時候也會針對這個問題做特別優(yōu)化設計。最為重要的是，我國國標GB/T 31241-2017《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組 安全要求》中也規(guī)定，在環(huán)境溫度20℃±5℃的條件下，充放電循環(huán)次數(shù)必須大于500次。所以，結論是，快充確實會影響電池使用壽命，但是在國家系相關規(guī)范的要求下，電池的充放電循環(huán)次數(shù)（即壽命）不會對使用者產(chǎn)生實質性影響。

何為充電循環(huán)次數(shù)？

充電循環(huán)次數(shù)，也就是我們俗稱的電池壽命，實際上并不是我們簡單理解的“插上充電”就算一次。重點就在于“循環(huán)”二字的定義。電池循環(huán)次數(shù)是以周期來計算的，在一個完整的充放電周期中，循環(huán)次數(shù)是充電周期的一個計算方式，當電池達到了一次完整的充電周期，電池循環(huán)次數(shù)就會+1。

這里提到的充電周期，是指完整的充放電過程，當手機的電量為0時將其充電到100%，然后再從100%時把電量儲能消耗至0，這就是一個完整的充電周期。當然，我們在日常使用中，是不會以這種方式充放電的。舉例來說，當手機100%電量時開始使用，放電至25%的時候開始充電，并且將其充滿至100%，此時又開始拔下充電器開始放電使用手機，將其消耗掉25%的電量時，這才算一個完整的充放電周期。也就是說，在這個循環(huán)周期里，無論你中間插拔了多少次充電器，分幾次充電，只有總量達到100%才算一個周期，而不是根據(jù)充電次數(shù)來決定的。

日常使用快充充電的時候，也是遵循這個充放電的記錄周期，與使用普通充電器別無二致。不過這里還是提一些使用建議，不要等電量過低才充電，電池在電量剩余30%以上時充電為宜。同時，不要在還有90%以上的電量時將其充滿。另外一個重點是盡力保證充電溫度不要過高，比如邊充邊玩游戲這樣的操作還是少一些為好。

充電協(xié)議大亂斗

在技術變革的引領下，快充已經(jīng)走入了我們的生活。早期主流的快速充電方案，主要集中在兩個方向上，高電壓、低電流方案以及低電壓、高電流方案。這是基于當時流行的手機充電接口Micro USB而生的。Micro USB是USB2.0標準的一個便攜版本，比部分手機使用的Mini USB接口更小，Micro USB是Mini USB的下一代規(guī)格，由USB標準化組織美國USBImplementers Forum（USB-IF）于2007年1月4日制定完成。其中，Micro USB在安全范圍內的最大承載電流為2A。

在當時看來這尚且不算個問題，但是隨著時間的推移，大家都注意到了這個安全規(guī)范的不足，于是第一類快充方案就由此誕生了：提高電壓，保持低電流。例如高通QC協(xié)議與聯(lián)發(fā)科PE協(xié)議就是這類快充協(xié)議的代表。而后者，低電壓、高電流的代表，正是那個時代深入人心的“充電五分鐘，通話兩小時”VOOC 閃充。OPPO 通過在線材部分增加 Micro USB 接口接觸針、采用特制充電器的辦法實現(xiàn)了大電流快充。當然，這也一定程度上拜托了Micro USB的設計規(guī)范。

高電壓、低電流的方案有一個缺點，就是最終在輸入手機時，進行變壓轉換，使得電壓可以下降到手機電池可以承受的充電電壓范圍內（3.7V、4.2V），不過受限于當時的技術，這種電壓轉換帶來的副作用就是能量損耗轉化為熱能，前面筆者也講過，高溫是電池壽命的一個重要因素。

而低電壓、大電流方案的主要缺點則是定制帶來的高昂成本。從手機內部的相關元件、充電線再到充電器，全都需要“定制”。以線材為例，常見的通用充電線材只能承載3A電流，要實現(xiàn)5A大電流快充，就必須對充電線進行改造，比如Type-C to Type-C的線纜想要承載超過3A的電流就必須加裝相應的E-Mark芯片。

顯然，二者各有優(yōu)缺點，經(jīng)過幾年時間的發(fā)展，目前主流的快充，幾乎都已經(jīng)走向了高電壓、大電流的方案。能夠支撐這個設計方案的根本原因在于手機設計、零部件的技術革新。例如手機可以設計成雙電芯電池，以應對高電壓輸入;針對高電流也有特別優(yōu)化的電池設計。而且，通過“協(xié)議”的約束，可以更好的控制充電全程，從而最大限度平衡充電時的各種問題，達到最優(yōu)的設計。

說到協(xié)議，具體還細分為兩個部分，第一類是私有協(xié)議，簡單說就是廠商根據(jù)自己的設計需求定制的一套協(xié)議標準，只針對自家產(chǎn)品，包括充電器都必須配套使用;第二類就是公有協(xié)議，所謂公共協(xié)議更多指的是來自芯片廠商甚至是USB-IF協(xié)會的方案，可供多個手機廠商使用或是兼容。

公有協(xié)議

Quick Charge協(xié)議

Quick Charge協(xié)議源自高通，簡稱QC，經(jīng)過長期發(fā)展，Q C至今已經(jīng)發(fā)展到5 .0版本。在QC2.0時，協(xié)議支持最高功率18W，到了QC 3 .0支持最高功率22W，QC4.0和QC 4.0 +最高功率都能支持到2 7 W，這二者的區(qū)別在于，QC4.0+向下兼容QC2.0和QC 3 . 0。到了目前最新的QC5.0協(xié)議，其支持100W+的功率，號稱5分鐘可以從0%充到5 0 %，充電效率提升了70%，而且還提升了安全性，可延長電池壽命，溫度也較QC 4.0低了10度。并且可以向下兼容過往的QC協(xié)議，且PD、PPS標準的電源都可以為支持QC5協(xié)議的設備快速充電。

簡單來說，QC5.0充分利用了USBPD協(xié)議，支持向下兼容QC2.0至QC4+，和前輩們相比它支持20V以上輸入電壓工作模式、支持雙充/三充技術（理論上應該就是串聯(lián)雙電芯或串聯(lián)三電芯）、自適應輸入電壓、第四代最佳電壓智能協(xié)商（INOV4）算法、QualcommBatterySaver電池健康管理以及全新的Qualcomm適配器功率智能識別技術。

聯(lián)發(fā)科PE協(xié)議

聯(lián)發(fā)科PE協(xié)議全稱PumpExpress Plus，早期的PE協(xié)議為典型的高電壓、低電流方案，從PE 3/4開始逐漸變?yōu)榈碗妷褐背洌瑫rPE協(xié)議也是最早推出低壓直充方案的快充協(xié)議之一。聯(lián)發(fā)科PE協(xié)議的特點是電源可以根據(jù)充電電流輸出決定初始電壓，通過手機中的PMIC控制器發(fā)出脈沖指令來反饋給電源，進而調節(jié)充電實際輸出電壓，在原理上與高通QC協(xié)議有共通之處。此外最新的PE 4.0版本協(xié)議也符合PPS標準。

USB-PD協(xié)議

USB-PD協(xié)議全稱是USBPowerDelivery，它是目前通用性最廣的公共協(xié)議之一。目前最新的PD3.0協(xié)議相對于USBPD2.0的變化主要有三方面：增加了對設備內置電池特性更為詳細的描述;增加了通過PD通信進行設備軟硬件版本識別和軟件更新的功能，以及增加了數(shù)字證書及數(shù)字簽名功能。簡單來說，從充電參數(shù)上來看，USBPD3.0和USBPD2.0并沒有變化，依然是支持5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V5A輸出，最大功率100W。

此后，PD3.0協(xié)議進行了更新，全稱為PD3.0PPS，這個PPS是可編程電源（ProgrammablePowerSupply）的意思，其作用在于可以實現(xiàn)3.0V到21V的輸出電壓調節(jié)，調幅電壓為20mV，因此其可以實現(xiàn)高壓小電流以及低壓大電流兩種充電模式。需要說明的是，支持PPS的前提是支持PD3.0，但支持PD3.0并不意味著支持PPS。

私有協(xié)議

華為FCP、SCP協(xié)議

2015年，華為Mate8發(fā)布時附帶支持了18W快充的充電器，官方稱之為QuickCharge技術，協(xié)議為自有的FCP（FastChargeProtocol）。FCP采用和同期QC2.0一致的高電壓、低電流方案，但是華為設備不能被QC2.0兼容。2016年華為Mate9發(fā)布時，同時公布了SuperCharge超級快充技術，支持22.5W快充，使用自有SCP協(xié)議（SuperChargeProtocol），轉變?yōu)榈碗妷?、高電流的方案?020年其SuperCharge快充技術將充電功率提升至66W的水平。值得注意的是，無論是FCP還是SCP協(xié)議，它們都可以兼容PD協(xié)議，這就代表著它的兼容性頗佳。

小米ChargeTurbo協(xié)議

目前小米快充有50W、40W、30W等快充規(guī)格，最新的小米10Pro支持50W快充，而小米10至尊版支持到了120W。小米采用高通驍龍?zhí)幚砥鞯臋C型對QC快充協(xié)議具有不錯的支持，例如小米10至尊版支持QC5.0，小米10Pro支持QC4+，而且兩者都兼容PD3.0協(xié)議。

vivo Super Flash Charge協(xié)議

vivo和iQOO采用的協(xié)議是FlashCharge和SuperFlashCharge。其最大的特設計特點是采用雙路電荷泵IC分離式設計，即采用了兩顆電荷泵充電IC，使其達到8A的電流峰值，這樣可以保證每顆IC都工作在 97% 的最高工作效率，同時大大降低了充電時的發(fā)熱。而且，其最新版本協(xié)議已經(jīng)突破了120W的功率，充電速度非?？捎^。不過，協(xié)議雖然兼容PD充電器，但是在充電線纜方面，它們的兼容性并不是十分出色。

OPPO VOOC協(xié)議

VOOC閃充是OPPO獨立自主研發(fā)的快速充電技術，在第一代采用了VOOC閃充技術的OPPO Find 7上，3000mAh的電池充電時間只需要5分鐘即可打電話2個小時。2020年，OPPO推出了125W超級閃充（Super VOOC）方案，采用了之前提及的PPS標準（同時兼容VOOC、PD、QC 協(xié)議）。另外，一加、realme因為和OPPO極為緊密的關系，正常情況下三家配件相互兼容且向下兼容。

三星AFC協(xié)議

三星也采用自己的快充協(xié)議，早期的Fast Charge技術基于AFC（Adaptive FastCharge）協(xié)議，理論功耗18W左右，不過對其他快充協(xié)議的兼容性不好。到了2019年，三星發(fā)布了Super Fast Charging技術，可以實現(xiàn)兼容PD 3.0協(xié)議，并支持支持45W PPS 快充。目前，三星自主協(xié)議也加入了PPS標準，意味著可以兼容PD 3.0協(xié)議的快充設備，充電的選擇余地就很大了。

顯然，無論是公有協(xié)議還是私有協(xié)議，目前大有大一統(tǒng)的趨勢，尤其是USB-IF聯(lián)盟的PPS可編程電源標準的確立，讓更多設備之間兼容成為了可能，畢竟誰也不愿意帶許多個充電設備出門，著實太過麻煩了。