科普：手機(jī)快充有安全隱患嗎?

隨著手機(jī)進(jìn)入到智能機(jī)時(shí)代，人們對(duì)于智能機(jī)的依賴(lài)程度與日俱增，可以看到的是，手機(jī)的屏幕變得越來(lái)越大，但是電池容量，卻一直處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍區(qū)間，于是手機(jī)的續(xù)航能力被一次又一次的推到風(fēng)口浪尖上，不知引得多少用戶吐槽。不過(guò)面對(duì)電池技術(shù)的瓶頸，很多技術(shù)人員也是徒呼奈何，正是在這樣一個(gè)背景下，一種曲線救國(guó)的解決方案出現(xiàn)了，它就是快充。

既然電池本身續(xù)航能力不夠，那么從充電速度上著手確實(shí)是一個(gè)不錯(cuò)的解決之道，在目前市面上的產(chǎn)品中，采用的快充方案大致有四種，即高通的QuickCharge版（如QC2.0、QC3.0），聯(lián)發(fā)科版（Pump Express和Pump Express plus），OPPO的VOOC，以及TI的Maxcharge，最后一種方案實(shí)際上同時(shí)兼容了高通QC2.0版和聯(lián)發(fā)科Pump Express協(xié)議，可以看做是在原有USB 5V充電技術(shù)上進(jìn)行突破的綜合版本，所以一般我們都將主流的快充技術(shù)分為前三種。

我們知道，幾種快充方案在速度上，相比于此前的充電效率，要提高了很多倍，其中比較令人耳熟能詳?shù)膹V告文案便是“充電5分鐘，通話XX小時(shí)”。這就不免令人懷疑，在如此告訴的充電效率下，安全性真的能夠保證嗎？

快充為何能縮短時(shí)間

想要探究安全性，我們還是要先從理論開(kāi)始補(bǔ)習(xí)，至少，我們也要先了解快充的原理，那么快充為何能夠縮短時(shí)間呢？從物理計(jì)算公式上來(lái)說(shuō)，功率(P)=電壓(U)x電流(I)，在電池電量一定的情況，功率標(biāo)志著充電速度，套用這個(gè)公式，我們?cè)賮?lái)看三種快充方案，就會(huì)比較好理解了。

VOOC

低電壓高電流模式

首先來(lái)說(shuō)一下較早的快充方案VOOC吧，該方案是采用了低電壓高電流模式，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在電壓一定的情況下，通過(guò)增加電流，使用并聯(lián)電路的方式進(jìn)行分流，進(jìn)行并聯(lián)分流之后，每個(gè)電路所分擔(dān)的壓力會(huì)變小，而在手機(jī)中也進(jìn)行同樣的處理，每條電路所承受的壓力也會(huì)變得更小，從而在保證充電速度的同時(shí)，也能減少手機(jī)充電時(shí)適配器與手機(jī)的發(fā)熱情況。

相信很多朋友都知道，OPPO的閃充充電線纜線路采用了7針的設(shè)計(jì)，就是為了解決大電流在傳輸線路里的損耗過(guò)大的問(wèn)題，電池的觸點(diǎn)也相應(yīng)增加，并采取了一定的均流措施，也是為了解決大電流下電池發(fā)熱問(wèn)題。同時(shí)，VOOC使用了MCU單片微型計(jì)算機(jī)來(lái)取代傳統(tǒng)充電電路中的降壓電路。智能的MCU管理芯片可以自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前充電設(shè)備是否支持VOOC閃充，以確定是否采用閃充模式。

Quick Charge

高電壓高電流模式

相比于VOOC，高通Quick Charge 2.0采用了一種不一樣的方式，高電壓高電流模式，顧名思義，也就是同時(shí)增大電流與電壓，通過(guò)前面的公式P=UI，我們可以發(fā)現(xiàn)，這種方式是增大功率最好的方法，不過(guò)其中的弊端是增大電壓的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的熱能，這樣其中所消耗的能量就變多了，而且電壓與電流也無(wú)法無(wú)限制的隨意增大。

好在為了彌補(bǔ)消耗增加的不足，高通推出了Quick Charge 3.0方案，采用了“最佳電壓智能協(xié)商”（Intelligent Negotiation for Optimum Voltage，INOV）算法，可在任意時(shí)刻實(shí)現(xiàn)最佳功率傳輸，且最大化效率。與Quick Charge 2.0相比，可以提高快速充電速度最高達(dá)27%，減少功率損耗最高也可以達(dá)到45%。而且在充電電壓方面，Quick Charge 2.0提供5V、9V、12V和20V四檔充電電壓，Quick Charge 3.0則以200mV增量為一檔，提供從3.6V到20V電壓的靈活選擇。這樣就使其能夠適應(yīng)各種手機(jī)，允許手機(jī)獲得恰到好處的電壓，達(dá)到預(yù)期的充電電流，從而最小化電量損失、提高充電效率并改善熱表現(xiàn)。

Pump Express

高電壓恒定電流模式

與Quick Charge 2.0相似，Pump Express由于提高了充電器的輸出電壓，突破了充電電流的限制。同時(shí)缺點(diǎn)也與QC2.0類(lèi)似，由于充電器的調(diào)壓檔跨度比較大，導(dǎo)致手機(jī)端充電路效率偏低。于是MTK Pump Express Plus快充技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其與高通Quick Charge 3.0類(lèi)似，增加了調(diào)壓檔數(shù)，每檔200mV。手機(jī)可以根據(jù)電池當(dāng)前電壓以及充電環(huán)路衰減，向充電器申請(qǐng)合適的電壓，以達(dá)到以電效率的最大化，以進(jìn)一步降低手機(jī)在充電過(guò)程中的發(fā)熱量。

快充是否會(huì)影響電池使用壽命？

看過(guò)了幾種快充方案，下面回到干貨問(wèn)題上，快充是否會(huì)影響電池使用壽命呢電？其實(shí)電池快充技術(shù)對(duì)于電池壽命的影響的說(shuō)法最早從消費(fèi)電子時(shí)就存在了，不過(guò)這一說(shuō)法真正的被外界擔(dān)憂，還是出現(xiàn)在電動(dòng)車(chē)剛興起的時(shí)候，當(dāng)時(shí)充電樁和充電站還非常稀缺。所以為了保證充電速度，一部分充電站使用了直流電，能夠讓電動(dòng)車(chē)在短時(shí)間內(nèi)充滿盡可能多的電量。所以，問(wèn)題便自然而然的出現(xiàn)了，因?yàn)樵诩夹g(shù)不成熟的情況下，用直流電頻繁的快充，勢(shì)必令電池的壽命縮短。

不過(guò)，美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速實(shí)驗(yàn)室中，一支由來(lái)自于斯坦福大學(xué)和斯坦福材料與能源科學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)最新研究發(fā)現(xiàn)，這種說(shuō)法很可能是錯(cuò)誤的?？焖俪潆娀蛘呖焖俜烹?，對(duì)于電池本身是有影響的，但或許并沒(méi)有大家之前所設(shè)想得那么嚴(yán)重，而慢充，對(duì)于電池的益處也并沒(méi)有那么大。

我們都知道，電池的充放電過(guò)程，就是陰極與陽(yáng)極釋放和吸收離子的過(guò)程。而這這個(gè)過(guò)程中，電池電極的變化是決定電池壽命的因素之一。但是直到這項(xiàng)研究之前，電極在充放電過(guò)程中的變化一直并沒(méi)有被充分地理解和認(rèn)知。在電池充放電的時(shí)候，電池的陰極與陽(yáng)極會(huì)隨著離子的釋放和吸收而縮小和膨脹，這也是電池電極會(huì)受到損耗和損傷的主要原因之一。在研究時(shí)，科學(xué)家們選擇了磷酸鐵鋰電池作為觀察對(duì)象。在觀察中發(fā)現(xiàn)，如果材料中的大多數(shù)或者所有的離子都參與到充放電過(guò)程中，那么這些離子被釋放和吸收的速度就會(huì)放緩，也會(huì)更加統(tǒng)一。

所以，對(duì)于快充對(duì)于電池的影響，我們還是要辯證的看，對(duì)于不支持快充的手機(jī)來(lái)說(shuō)，如果采用大電流或者大電壓的充電器，設(shè)備無(wú)法承受如此高的電流電壓，電池自然會(huì)出問(wèn)題，不過(guò)只要你使用的是原裝配套的充電器或者是其認(rèn)證的配件，就不必?fù)?dān)心?；蛘咧苯映潆娔X的USB接口上充電，任何設(shè)備幾乎都不會(huì)有問(wèn)題。這也是此前很多專(zhuān)家建議大家用原裝充電器的原因。

每款設(shè)備在出廠前，都會(huì)有一系列的監(jiān)測(cè)機(jī)制，對(duì)于電流電壓的承受力，也都會(huì)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，只要不超過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，就不會(huì)有太大的影響。我們前面也提到，電壓、電流和電阻都是相互聯(lián)系的，電壓越高，電流會(huì)更高效，不過(guò)高電壓也會(huì)更危險(xiǎn)，所以就需要一個(gè)智能的電壓控制器來(lái)監(jiān)控電壓并依此調(diào)節(jié)送入設(shè)備的電壓和電流，而大部分充電器以及手機(jī)都是擁有這一功能的。至于快充，在我們分析過(guò)其原理后，更能夠確認(rèn)其保護(hù)機(jī)制，比如高通以及聯(lián)發(fā)科的解決方案，即便自動(dòng)分檔的每個(gè)檔位斷檔較大，那么對(duì)于電池的影響也是極其有限的。

快充的安全性到底有沒(méi)有保障？

那么快充的安全性到底有保障嗎？這個(gè)可以舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，比較利于理解，可以想象電池是一個(gè)水球，那么在水球小的時(shí)候，我們可以很隨意的快速加水，不過(guò)當(dāng)水量達(dá)到一定的程度，水球承受能力快達(dá)到臨界值，如果繼續(xù)快速加水，很可能把它水球弄爆炸。所以為了保證水球不爆炸，最后階段就要減小水量，控制得當(dāng)，就可以在水球不爆炸的情況下把水球灌滿。

而結(jié)合快充，我們看到不管是哪種快充協(xié)議，都是前期爆發(fā)式充電，將效率最大化，而到了90%的電量后，則進(jìn)入涓流充電，充電器與設(shè)備里的芯片協(xié)同工作，以控制進(jìn)入電池的電流，達(dá)到充電5分鐘，通話幾小時(shí)的快充效果。

正是因?yàn)橛辛诉@樣的協(xié)同工作，所以根據(jù)手機(jī)的情況，控制好電流，在安全性上就不會(huì)出現(xiàn)太大的問(wèn)題。當(dāng)然，這一切都需要手機(jī)與充電器相匹配才行，如果采用早期不支持自動(dòng)調(diào)檔的快充充電器，為不支持快充的手機(jī)充電，還是可能出現(xiàn)安全性的問(wèn)題，所以在匹配充電器的時(shí)候，大家還是多費(fèi)心研究一下比較好。