快速充電技術介紹

時間 2019-11-12

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1、電池的發展歷史安全

電池的發展史由1836年丹尼爾電池的誕生到1859年鉛酸電池的發明，至1883年發明了氧化銀電池，1888年實ui

現了電池的商品化，1899年發明了鎳-鎘電池，1901年發明了鎳-鐵電池，進入20世紀後，電池理論和技術處於一度spa

停滯時期。但在第二次世界大戰以後，電池技術又進入快速發展時期。首先是爲了適應重負荷用途的須要，發展了對象

鹼性鋅錳電池，1951年實現了鎳-鎘電池的密封化。1958年Harris提出了採用有機電解液做爲鋰一次電池的電解質，接口

20世紀70年代初期便實現了軍用和民用。隨後基於環保考慮，研究重點轉向蓄電池。鎳-鎘電池在20世紀初實現商it

品化之後，在20世紀80年代獲得迅速發展。效率

隨着人們環保意識的日益增長，鉛、鎘等有毒金屬的使用日益受到限制，所以須要尋找新的可代替傳統鉛酸電基礎

池和鎳-鎘電池的可充電電池。鋰離子電池天然成爲有力的候選者之一。1990年先後發明了鋰離子電池。1991年鋰兼容性

離子電池實現商品化。1995年發明了聚合物鋰離子電池，（採用凝膠聚合物電解質爲隔膜和電解質）1999年開始商原理

品化。

2、鋰離子電池的優缺點

1. 優勢

            a. 高能量密度
                鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半，體積是鎳鎘的20-30%，鎳氫的35-50%。
            b. 高電壓
                一個鋰離子電池單體的工做電壓爲3.7V(平均值)，至關於三個串聯的鎳鎘或鎳氫電池循環壽命高
            c. 循環壽命高
                在正常條件下，鋰離子電池的充放電週期可超過500次，磷酸亞鐵鋰（如下稱磷鐵）則能夠達到2000次。
            d. 無記憶效應
                記憶效應是指鎳鎘電池在充放電循環過程當中，電池的容量減小的現象。鋰離子電池不存在這種效應。
            e. 高低溫適應性強
                能夠在-20℃--60℃的環境下使用，通過工藝上的處理，能夠在-45℃環境下使用

2. 缺點

a. 鋰原電池均存在安全性差，有發生爆炸的危險高電壓

b. 鈷酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電，價格昂貴，安全性較差

c. 鋰離子電池均需保護線路，防止電池被過充過放電

d. 生產要求條件高，成本高

e. 使用條件有限制，高低溫使用危險大

3、鋰電池的充電原理

鋰離子電池的充電過程能夠分爲三個階段：涓流充電（低壓預充）、恆流充電、恆壓充電。

鋰電池的充電方式是限壓恆流，都是由IC芯片控制的，典型的充電方式是：先檢測待充電電池的電壓，若是電

壓低於3V，要先進行預充電，充電電流爲設定電流的1/10，電壓升到3V後，進入標準充電過程。標準充電過程爲：

以設定電流進行恆流充電，電池電壓升到4.20V時，改成恆壓充電，保持充電電壓爲 4.20V。此時，充電電流逐漸下

降，當電流降低至設定充電電流的1/10時，充電結束。

下圖爲充電曲線：

下圖爲鋰電池充電的三個階段：

階段1：涓流充電
涓流充電用來先對徹底放電的電池單元進行預充(恢復性充電)。在電池電壓低於3V左右時採用涓流充電，

涓流充電電流是恆流充電電流的十分之一即0.1c(以恆定充電電流爲1A舉例，則涓流充電電流爲100mA)

階段2：恆流充電
當電池電壓上升到涓流充電閾值以上時，提升充電電流進行恆流充電。恆流充電的電流在0.2C至 1.0C之

間。電池電壓隨着恆流充電過程逐步升高,通常單節電池設定的此電壓爲3.0-4.2V.

階段3：恆壓充電
當電池電壓上升到4.2V時，恆流充電結束，開始恆壓充電階段。電流根據電芯的飽和程度，隨着充電過程

的繼續充電電流由最大值慢慢減小，當減少到0.01C時，認爲充電終止。（C是以電池標稱容量對照電流的一種

表示方法，如電池是1000mAh的容量，1C就是充電電流1000mA。）

4、鋰電池的快速充電技術

► BC1.2規範頒佈以前

在2007年第一個電池充電規範頒佈以前，嘗試爲電池充電本質上是一種冒險——結果很是難以預測。當2000年

出現USB 2.0時，外設默認吸取100mA電流，除非明確協商將電流增大至最高500mA。若是總線上通過一段延遲後

沒有數據活動，總線將進入「掛起」模式，將容許吸取電流限制到2.5mA。若是便攜設備的電池徹底耗盡，嘗試利

用標準端口進行充電時，則只能可靠吸取2.5mA電流！

實際上，許多電子設備製造商並不嚴格遵照USB 2.0規範，在其提供的USB端口中不採用這些電流限值。有些

（大多數）USB端口不管枚舉仍是持續活動都容許100mA電流；有些端口甚至提供500mA電流，而不考慮必要的功

率協商。有些便攜設備的應用要求超過100mA的電流，並錯誤假設USB端口老是可以提供500mA電流。

► BC1.2規範的推出

電池充電並非USB的原始特性，所以，在BC1.2頒佈以前，官方並未就爲關斷設備的電池充電作出任何規

定。經過創建清晰的USB端口供電能力溝通方法，BC1.2規範改進了其中許多問題。

BC1.2規範簡要規定了三種不一樣類型的USB端口和兩種關鍵對象。「充電」端口是可提供500mA以上電流的端

口；「下行」端口按照USB 2.0規範傳輸數據。BC1.2規範也肯定了每一個端口應如何向終端設備枚舉，以及識別應用

端口類型的協議。

三種USB BC1.2端口類型爲SDP、DCP和CDP 。

► BC1.2的三種端口

● 標準下行端口（SDP）
這種端口的D+和D-線上具備15kΩ下拉電阻。限流值如上討論：掛起時爲2.5mA，鏈接時爲100mA，鏈接並配置

爲較高功率時爲500mA。

● 專用充電端口（DCP）
這種端口不支持任何數據傳輸，但可以提供1.5A以上的電流。端口的D+和D-線之間短路。這種類型的端口支持

較高充電能力的牆上充電器和車載充電器，無需枚舉。

            ● 充電下行端口（CDP）
               這種端口既支持大電流充電，也支持徹底兼容USB 2.0的數據傳輸。端口具備D+和D-通訊所必需的15kΩ下拉電
               阻，也具備充電器檢測階段切換的內部電路。內部電路容許便攜設備將CDP與其它類型端口區分開來。

► 充電過程剖析

從物理計算公式上來講，功率(P)=電壓(U)x電流(I)，在電池電量必定的狀況，功率標誌着充電速度，咱們能夠通

過下列三種方式來縮短充電時間。

1. 高電壓恆定電流模式：
通常手機的充電過程是，先將220V電壓降至5V充電器電壓，5V充電器電壓再降到4.2V電池電壓。整個充

電過程當中，若是增大電壓，產生熱能，因此充電時，充電器會發熱，手機也會發熱。並且這樣功耗越大，對電

池損害也是越大的。

2. 低電壓高電流模式：
在電壓必定的狀況下，增長電流，可使用並聯電路的方式進行分流，恆定電壓下，進行並聯分流以後每

個電路所分擔的壓力越小，在手機中也進行一樣處理的話，這個每條電路所承受的壓力也就越小。

3. 高電壓高電流模式：
這種方式同時增大電流與電壓，這樣由以前的公式P=UI, 咱們能夠知道的是，這種方式是增大功率最好的

辦法，但增大電壓的同時會產生更多的熱能，這樣其中所消耗的能量也是越多，而且電壓與電流不是無限制的

隨意增大。

► VOOC閃充

1. 什麼是VOOC閃充？

VOOC閃充是OPPO獨立自主研發的快速充電技術，並申請16項專利，將最快充電速度提高了4倍以上，

並有無懈可擊的智能全端式五級防禦，是全世界最快最安全的手機充電技術。

VOOC閃充在OPPO Find 7上率先使用。做爲採用3000毫安電池的OPPO Find 7，採用VOOC閃充時，充

電5分鐘便可打電話2個小時，30分鐘手機電量可直接充到75%。

VOOC閃充須要定製的適配器和電池搭配下使用。OPPO定製了專門的適配器、電池、數據線、電路、接

口，並首次在適配器中加入MCU智能芯片；這也就讓VOOC閃充使用的適配器成爲首個能夠升級的智能充電

器。在此基礎上，OPPO深度研發了智能全端式五級防禦技術。

2. VOOC閃充的實現原理

上面提到了縮短充電時間的三種方式，OPPO選擇了第二種方式。經過提升充電電流來縮短電池的充電時

間。充電時，若是電流太大，會引發電池的發熱量大幅增長。爲了減少電池的發熱量，OPPO將一塊電池分紅

了幾個小塊的充電單元，每一個充電單元單獨提供電流充電，所以其實是經過分流充電實現大電流充電的。這

種方式在須要硬件上的支持，包括電池電芯、鏈接線和充電器的定製。

下面這張圖對實現原理有很形象的描述：

OPPO向上遊供應商定製了全套的IC器件。第一次使用MCU單片微型計算機來取代傳統充電電路中的降

壓電路。智能的MCU管理芯片能夠自動識別當前充電設備是否支持VOOC閃充。若是支持，將會分段橫流的

實現階段性電流的輸出;若是檢測到不支持，會自動使用穩定充電電流實現慢速充電。

專門定製電路、電芯(8觸點)、7Pin接口、數據線，配以智能MCU芯片的適配器，與手機鏈接後便可自動

調節電流電壓，輸出電流高達4.5A，充電速度足足提高4倍。Find 7輕裝版標配閃充電池容量爲2800毫安，官

方透露，充電5分鐘就能打兩小時電話，30分鐘可直接飆到75%。

              3. VOOC閃充的安全性和兼容性
                  ● 安全性
                      VOOC閃充有五級安全保護措施，首次將充電安全指數由PPM（百萬分之一）提高至航天充電安全級別

                      DPM（十億分之一）。
                      第一級: 適配器過載保護
                      第二級: VOOC快速充電條件判斷
                      第三級: 端口過載保護
                      第四級: 電池過載保護
                      第五級: 電池熔斷器保護

● 兼容性
因爲VOOC閃充技術是屬於OPPO獨家的技術，目前只有Find 7才能使用這個技術，所以沒有對其餘廠家的

平臺進行兼容。硬件接口定製的，鏈接線採用7pin，不一樣於mico USB接口的4pin，沒有遵循BC1.2的規範。

► Quick Charge 2.0

1. 什麼是Quick Charge2.0？

前面已經討論過，目前市場上主流的移動設備充電是基於USB接口的一種通用標準（BC1.2）。5V電壓，

電流上限是1.8A，那麼咱們能獲得的最大功率就是5V * 1.8A = 9W，那麼9W折算到充電電流來說，最大極限

就是2A左右。顯然，對大容量電池來講，這個充電效率是不夠的。由於USB鏈接線有阻抗的緣由，充電電流

不能被設置太大，所以想提升充電功率就只能提升充電電壓了。

基於以上考慮，高通推出了在Quick Charge v2.0。該方案中，能夠將電源適配器提到爲5V、9V、12V三

種電壓，經過提升電壓的方式，讓電源適配器可以提供更多的電量給到移動終端。

2. Quick Charge2.0的實現方式

在Quick Charge v2.0中，電源適配器5V輸出到主板，主板上的充電電路獲得5V電壓，會對電池進行充