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快充缓解了续航焦虑,谁来解决「安全」焦虑?

互联网 diligentman 3小时前 2次浏览

快充缓解了续航焦虑,谁来解决「安全」焦虑?

▲ 图为 80 年代拿着 DynaTAC 走在纽约街头

1973 年,摩托罗拉的工程师马丁库柏拿着一台砖头大的手机走在曼哈顿的街头,给同样在研究移动电话的对手贝尔实验室打了一通电话。

这是电话讯号第一次脱离铜线传输,不过这通电话不能讲太久,因为马丁库柏拿着的这台 DynaTAC 只能提供 35 分钟的通话时间,而为了这么点续航,需要充电 10 个小时。

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摩托罗拉也知道,几乎半天的充电耗时对于惜时如金的生意人来说并不现实,于是推出了另一套充电配件,充电用时被控制在了 1 个小时,这也许是手机历史上第一套快充装置。

续航焦虑真的无解吗?

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自手机脱离了电缆开始,人们对于电量的焦虑就从未停止。手机电量就像是钱包的余额,每跌一丝都让人焦虑不已,涨回一点才能有稍许心安。

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缓解续航焦虑的方式有不少,最直接的方法就是为手机换上一个能撑更久的大电池。但手机留给电池的体积终究是有限的,容量不可能无止境的增大。

既然很难从手机内部解决问题,厂商们便尝试从手机的外部寻找突破。

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手机续航由两部分体验组成,一是手机的耗电时长,二是充电的快慢,如果前者的很难延长,那么尽可能缩短充电的用时也能改善手机的续航体验。

而当智能手机厂商们意识到手机充电太慢,时间已经来到了 2010 年。

虽然在当时的手机市场百花齐放,但在充电这件事上众「机」平等——都是 5V1A。

同年,USB-IF 协会发布了新的充电协议,手机最大充电功率可以达到 7.5W,充电终于不再是 5W 的原地踏步。

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三年后,高通发布的 QC 1.0 协议让更多人认识到快充,充电功率来到了 10W。不过当时人们对于快充的认识还只是「稍微快一点的充电」。

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2014 年 OPPO Find 7 上搭载的 VOOC 闪充首次将充电功率推向了 22.5W。一年后发布的 R7 系列,凭借那句病毒式的广告语「充电 5 分钟 通话 2 小时」让 VOOC 闪充家喻户晓。

也是从 VOOC 闪充开始,充电变得越来越快,也变得越来越复杂和割裂。各大厂商都开始推出自己的私有充电协议,并且互不兼容。

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除了 VOOC 闪充以外,USB 协会的 PD(包括之后的 PPS)协议、高通的 QC 协议、vivo 的 FlashCharging、华为的 SuperCharge 等协议让人眼花缭乱。

快充领域很快形成了两大流派,其一是以高通 QC 协议为代表的的高压方案,其二则是以 OPPO VOOC 闪充为代表的的低压直充架构。

私有快充协议互不相容的局面大幅提高了消费者的使用成本:想要让手机在办公室、家中、旅途路上都在使用快充的速度,需要先学习快充协议的基础知识,再看充电头匹不匹配。

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快充本来是为了解决用户的续航问题,结果却带来了新的兼容性问题。五年前发生的电池爆燃事件,以及之后零星出现的充电事故,又给快充技术蒙上了一层阴影。

时间很快来到 2020 年,OPPO、小米、vivo 等厂商都相继宣布自己的快充技术突破百瓦,充电时间被压缩到了惊人的二十分钟以内。这确实是充电速度的大进步,但同时,不少用户开始担忧:这么高的功率,我用着真的安全吗?

「安全」永远先行于「效率」

开头关于第一台手机 DynaTAC 的故事其实只讲了一半。

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▲ 快充充电器也是个大块头

当时的摩托罗拉虽然将 10 小时的充电时间压缩到了 1 小时,但也要为此付出代价,高速的充电让 DynaTAC 的电池变得非常热,不仅会缩短电池的使用寿命,还可能会引起电池短路。

听起来,电池的充电效率与安全性似乎是一对矛盾体?

这是因为,DynaTAC 用的镍铬电池是最难充电的电池之一,相比之下,现代手机使用的锂离子电池结构要安全得多,它能够承受更高的电压,并且稳定性也更好。

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▲ 速度飞跃的背后也是电池技术的进步

电池结构就像是充电的基石,只有它足够扎实,才可能垒砌起更快更安全的充电体验。

在 OPPO 一年一度的闪充开放日上,OPPO 分享了包含多项技术突破的全新充电安全设计。我们以一次完整的充电流程为例,详细拆解新的安全设计如何提升了充电安全性。

首先,电流在输入到电池前,要经过各个「关卡」的把控。OPPO 在充电头、充电接口、电池端都应用了过载保护技术,在任一个环节检测到电流过载,都会及时地关闭开关保护电池。

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即使这几道防线都同时失效,在电池内部还有最后一层物理防线,OPPO 在电池中加入了熔丝保护,这就相当于保险丝,通过物理熔断切断电流输入,保护人身安全。

熔丝为电池提供了物理级的防护,但由于其存在较大的内阻,不可避免地会让电池局部发热。

于是 OPPO 对熔丝做了进一步升级,新一代熔丝的内阻降低了一半,充电的效率和安全性都得到了提升。

不仅如此,OPPO 还将 GaN(氮化镓)材料用到了手机内。

GaN 半导体应该是目前充电界的「网红」,相比传统的硅材料它的转化效率更高,这让很多想要维持「紧凑」身材的大功率充电器都更青睐 GaN 材料。

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在手机内部存在着许多微小的电子开关管,这些由硅制成的小开关起到电流管理和安全防护的作用。

OPPO 计划将这些电子开关管换用阻抗比更低 GaN 材料,这样就能有效地降低电池的发热量,让电池保持在一个更安全的状态下工作。

除了电池材料,电芯的排列组合也会影响电池的安全性能。

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OPPO 在 2015 年推出 50W 超级闪充技术时,就已经率先采用了串联双电芯的设计,利用串联分压的原理减少电池的发热量,并且能量得到均分,降低了电池的安全风险。

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而现在,OPPO 想将两块电芯再「放回到一起」。OPPO 引入了一层特殊的材料在两个电芯中间,这样两个电芯可以放入一个包装袋中又互不干扰,并且新的设计能让电池的容量增大至少 5%。

也就是说,原本 4500 mAh 的电池可以提升至 4750 mAh,额外的电量足够让你再开一局王者。

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有了双电芯内串还不够,长期使用之下,电芯内部出现的电压跌落状况也容易积累一定安全风险,为了及时发现潜在隐患,OPPO 专门研发了一枚电池安全检测芯片。

简单来说,这枚芯片就像电池的「哨岗」,能够自动检测和分析电池的工作状态,出现异常时会立即以通过系统提示用户,尽快维修或更换电池。

前面提到锂离子电池的稳定性很好,但这也有个前提,那就是电池不要受到任何外力损坏。

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▲ 普通电池针刺试验演示,特殊环境下拍摄,请勿模仿

由于锂是一种相当活跃的元素,当锂离子电池破损导致短路时,很容易会发生起火、冒烟甚至爆炸。

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▲ 夹心式安全电池的针刺试验演示,特殊环境下拍摄,请勿模仿

不过这个问题在 OPPO 的「夹心式安全电池」上终于得到解决,即使在面对极端的针刺、重击试验,「夹心式安全电池」也不会出现自燃、爆炸等问题。

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▲ 夹心式安全电池的重击试验演示,特殊环境下拍摄,请勿模仿

这是因为 OPPO 采用了一层新型的复合材料作为基体,通过一种难度极高的工艺在这层复合材料的两面分别镀一层铝箔,形成一个类似「三明治」结构的「集流体」。为了进一步提升安全性,OPPO 又在这个「集流体」两面各涂覆一层安全保护层。基于此,才有了无惧针刺和重击的「夹心式安全电池」。

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如果说「夹心式安全电池」从结构层面解决了外力损坏等带来的安全风险,那么,低阻抗熔丝、氮化镓电子开关、内串双电芯和电池安全检测芯片则作为一套「组合拳」解决了日常使用中来自电池内部和元器件协同的安全风险。

在手机充电功率竞赛的当下,OPPO 用全新的安全设计将有助于扩展快充技术的安全边际,为用户提供更高的安全保障。而这正是快充领域最需要的技术承诺。

「速度」不是快充技术的唯一标尺

快充技术的持续创新建立在足够宽广的安全边际基础之上,只不过安全远没有充电功率或充电速度那样显性、易感知。当手机电池的结构足够地安全时,充电这件事将不再局限于功率瓦数的多少,而将变得多样起来。

以 OPPO 新发布的智慧充电技术为例,在日常情况下 Super VOOC 在充电时电池温度都会控制在适宜的区间内。

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而当我们急着出门但是电量严重不足时,这时可以启用「满血充电」模式,让充电速度提升 20%,短时间恢复更多的安全感。

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又或者是处在一些极限环境,例如北方冬天零下气温时,手机电池常常会由于温度过低而持续亏电或者充不进电。

这时手机可以通过自发热,让电池温度保持在 10℃ 以上,从而恢复正常的充电速度。

充电速度的快与慢不再是衡量快充技术的唯一标准,对于电池技术的探索让快充还能解决我们生活中的一些痛点问题,快充也成为了许多人用完就回不去的功能之一。

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根据 OPPO 公布的数据,全球使用 VOOC 闪充的用户已达到了 1.95 亿人次,并且经过多年的发展,VOOC 闪充已经形成了闪充、超级闪充以及无线闪充的成熟生态圈。

和 2014 年 VOOC 初次亮相时,Find 7 用户只能用自带充电套装实现快充不同,现在你在候机室、高铁站等地方都能看到 VOOC 的充电接口,并且还多了许多第一方、第三方配件可选。

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目前 OPPO 已经向 40 多家厂商开放闪充专利授权,日益增多的快充配件让 VOOC 的使用场景的得到了扩充。

回头再看难以统一的快充市场,厂商们似乎都陷入了功率数字的攀比上,这种攀比的压力让厂商对高功率充电产生了不理性的追求。

快充不应该只是一个锦上添花的功能,而是一个场景化的体验,让用户少一点思考,多一点从容。这需要厂商们重回理性,不断夯实安全基础,让用户充得放心。


程序员灯塔
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