国产手机崛起的背后,是中国锂电池的胜利?快

摘 要

  不知道从什么时候开始,自己身边用苹果的人越来越少了。即便是曾经坚定的号称非苹果不买的朋友也开始逐渐转投国产安卓大军。 当我问到为什么的时候,这些朋友都会对我会心一笑

不知道从什么时候开始,自己身边用苹果的人越来越少了。即便是曾经坚定的号称非苹果不买的朋友也开始逐渐转投国产安卓大军。


当我问到为什么的时候,这些朋友都会对我会心一笑:无他,信号差,充电慢而已


信号差这件事情暂且不表,今天先来聊聊电池。本文将主要围绕下面几个方面展开:


  1. 锂电池(绝大多数手机电池)的原理是什么?
  2. 快充的原理又是什么?
  3. 快充会让电池寿命下降甚至导致爆炸吗?
  4. 为什么说我国的锂电池技术让国产机杀出一条血路?

如果觉得文章太长,可以直接下滑找到自己感兴趣的部分进行阅读


锂电池的原理是什么?

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


但是确切地说这个电池应该叫做:锂离子电池


锂电池的概念非常的混乱,它并没有一个很统一的说法,比如《电工术语 原电池和蓄电池》(GB/T 2900.41-2008)中把锂电池定义为“含非水电解质,负极为锂或含锂的电池”,可以是原电池也可以是蓄电池。


这个范围很宽泛,只要负极含锂,电解质是非水就行。平时更多的是把负极是金属锂的一次电池叫做锂电池,也叫锂原电池,是不能充电的。


之前说的锂离子电池,就是为了与锂电池相区别而发明出来的一个词语。


最大的区别也很明显:锂离子电池可以充电!


图中蓝色的小球可以看成锂离子


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。


而锂电池的充电速度实际上也就是电能转化为化学能的速率。也就是咱们常说的【功率】。


了解了电池的工作原理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后,咱们再接着说快充。


快充的原理又是什么?

这里我们要复习一下初中时候学过的一个物理公式


P=UI


功率等于电压和电流的乘积,电压和电流这两个只要有一个不变,另一个稍微变大,那么功率就也会变大,你手机的充电速度也就会越快。


可能看到这你会觉得那这不是很简单,随便加大一个不就可以了?但其实并不是这样。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,说不准就有爆炸风险。


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
  • 大电流恒定电流充电
  • 恒定电压充电
  • 在手机完全没电的时候,充电器会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,并逐步提升电压,这是锂电池充电的主要阶段;而电池电量达到80%左右的时候,充电器又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,这个时候手机就充满电了。


    想要加快手机的充电速度,就必须得在:「大电流恒定电流充电」这个阶段有所创新。


    如果时间回退到20年前,快充技术其实没有那么必要,一方面当年的功能机对电池容量要求不高,另一方面锂电池技术并不成熟。


    但是,随着智能机时代的到来,手机对电量的需求越来越大,电池越做越大,而如果还抱着5w的充电功率是无法满足大众的需求的。所以「快充」开始登上舞台。


    目前的快充主要有下面两种方案:


    高压小电流


    低压大电流


    最早高通采取了第一个方法:高压小电流。高压小电流相较于低压小电流有一个很严重的问题: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。


    当年采用了这种方式的手机,在冬天也是可以做暖手宝的。


    而从这个时候开始,国产的快充技创新也正式拉开了序幕。既然不能增加电压,那我就增加电流。


    原来的充电线是一根,现在我让他变成两根,电流不就变成了原来的2倍?在那个时候换手机的人可能会意识到:手机线突然变粗了。


    但是再加粗手机线也没有办法提高电流了,因为充电线也开始发热。


    那该怎么办呢?我们在手机里加了一个电荷泵,也叫做直流变压器。


    它可以把充电线传过来的高电压低电流转变成低电压高电流。这样就一下子解决了充电线和手机电池的两个问题。


    那既然一个就有这样的效果,如果用两个呢?当然是效果更好,所以并联电荷泵就出现了。


    既然什么都可以成双,那电池可以是两个吗?于是技术进一步的提升了。


    这样一个举措相当于把功率直接加大了一倍!


    那有可能实现上述的这些技术吗?当然,而且都是由我们最先提出的。


    最近发布的IQOO7就是最典型的代表,它搭载了定制双电荷泵,两块2000mAh的电池,充电功率达到了惊人的120w!并且其充电转化率也高达98.5%以上!


    在测试中,只需15分钟便能充满电,和苹果的祖传充电相比,这可不是一点点的优势。


    快充会让电池寿命下降甚至导致爆炸吗?

    这个问题的答案很明晰:不会,但是过充会让电池寿命下降甚至有很小的概率导致爆炸。


    合格的充电器都有防止过度充电的安全保护电路及多种安全装置,电池一旦充满就会启动保护功能,自动停止充电或者将充电电流降低到很低的范围。


    可是电池一直保持满电状态虽然不会爆炸,但是会加快电池容量的损失速度另外任何装置都不是100%保险,一旦充电器的保护电路失效,或者电池本身就有问题,就可能会导致起火甚至爆炸。


    还是以IQOO7为例,人家这么努力地开发快充,不就是为了让大家不要整夜充电,导致过充吗?15分钟充满电,这样的速度还需要整夜充电吗?


    为什么说我国的锂电池技术让国产机杀出一条血路?

    早在2001年,锂电池完全不被大众看好,而当时的中国工程院院士的陈立泉,向时任863计划电动汽车重大专项负责人万钢请求:“希望能给锂离子电池一个机会。”


    仅仅十年,他成功地将锂电池材料研究这个曾被边缘化的冷门学科产业化,解决了锂离子电池规模化生产的科学、技术与工程问题,实现了锂离子电池从“中国制造”到“中国智造”的大转变。


    也是这个转变,让我国的锂离子电池产业成为了世界第一。


    消费者为一个商品买单,一定是因为有一个点打动了他。在以往人们购买苹果可能是因为其流畅的系统,出色的拍照,但是现在的国产机已经不再卡顿,再加上绝无仅有的快充技术,为什么不给国产手机一个机会呢?


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    参考资料:


    [1]伍毅夫. 基于QuickCharge2.0的快充控制芯片研究[D].西安电子科技大学,2016.


    [2]张方熊. 手机快充技术的四大方案应用(一)[N]. 电子报,2016-02-28(013).


    qyangluo
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