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电池技术|硬核科普！65W和120W快充为啥必须使用双电芯设计？( 二 )



电池技术|硬核科普！65W和120W快充为啥必须使用双电芯设计？
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同时 ， 锂电池对充电电流（单位为mA）也存在限制 ， 近些年手机领域的锂电池视设计和品质差异 ， 其充电电流普遍会被控制到0.5倍~1.5倍的电池放电电流 ， 如果是1倍就代表1C的充电倍率（充/放电电流大小的比率） ， 1.5倍就是1.5C的充电倍率 。
假设一款手机内置了1.5C充电倍率的4000mAh电池 ， 充电时电池的输入电流最多为4000mAh×1.5C=6A ， 再用它乘以之前提到的最大输入安全电压4.5V ， 最终得到的就是它所支持的最大充电功率 ， 6A×4.5V=27W 。
在现实中 ， 当电源插座内的交流电通过充电器和数据线 ， 输入到手机内部的电池途中 ， 还会被降压、转换电路和内阻消耗部分能量 ， 而这些能量则会以热量的形式表现出来 。 换句话说 ， 27W也只是普通锂电池可以承受的“理论充电功率” ， 为了避免安全隐患（发热过高） ， 手机实际的充电功率只会更低 。

电池技术|硬核科普！65W和120W快充为啥必须使用双电芯设计？
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因此 ， 在过去的很长一段时间里 ， 智能手机最普及的快充功率多在18W~24W之间 ， 其中还又被细分为“低压高电流”（高通QC、联发科PE、华为FCP和USB PD等）和“高压低电流”（OPPO VOOC和华为SCP等） 。 那么 ， 如今动辄30W、50W、65W甚至125W快充技术又是如何突破锂电池的理论充电功率封锁的呢？
首先就是电芯充电倍率的提升 。
得益于阵列式极耳结构（MTW）技术 ， 如今手机电芯可以轻松获得5倍~6倍的充电倍率（充/放电电流大小的比率） ， 以2000mAh电芯为例 ， 它们的充电倍率就是12A÷2000mAh=6C（对应120W左右）和10A÷2000mAh=5C（对应100W左右） 。 因此 ， 你会发现所有支持100W以上充电功率的闪充技术都会主打武装“6C”电池 。

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需要注意的是 ， 6C也不是锂电池的极限 ， 因为不同电子设备 ， 采用锂电池的充电倍率可能有着云泥之别 。 以无人机航模电池为例 ， 其充电倍率甚至可以达到20C~40C 。
电荷泵打破功率封锁
提升充电功率最简单的方法就是提高输入电压和输入电流 ， 但正如前文所述 ， 手机内部的充电IC单元的转换率最高也只有89%左右 ， 根本“扛不住”高电压输入带来的降压耗损发热 。 此时 ， 一个名为电荷泵（Charge Pump）的技术出现了 ， 我们可以将它理解为新一代充电IC ， 可将转换效率从89%提高到98% ， 从而大幅降低了手机高压充电时的发热问题 ， 同时它还具备能将电压减半的同时电流增倍的天赋技能 ， 结合更高充电倍率的电池 ， 就能实现充电功率的跨越 。
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以华为主打的40W SuperCharge快充技术为例 ， 其背后的秘密就是电荷泵 。 原装充电器支持10V/4A（40W）输出 ， 当10V的输出电压和4A的输出电流通过USB Type-C接口送进手机后 ， 手机内部的电荷泵就开始工作了 ， 它能将电芯的充电电压降到5V ， 同时还将充电电流从4A提升到8A ， 最终在手机内部营造出了一个5V/8A低压大电流的充电环境 。
总之 ， 从小米9开始的27W快充、第一代iQOO主打的44W快充 ， 以及其他超过27W的快充技术 ， 几乎都是得益于电荷泵在背后的推动才最终走向商业化量产的 。
电荷泵也有天花板
2020年初 ， 50W成为了新一代旗舰手机快充技术的基准功率 ， 它能将4000mAh容量电池的充电耗时缩短到45分钟左右 。 可惜 ， 这个等级的充电功率基本就是单电芯结构电池的物理极限了 。
小米10 Pro发布时雷军曾做过科普 ， 称“在电池体积不变的前提下 ， 需要平衡好充电功率和电池容量的关系 。 充电功率越高 ， 电池密度下降越快 。 比如30W闪充提升到50W ， 电池容量就少了5% 。 如果要把充电功率进一步提升 ， 单电芯就搞不定了” 。 为此 ， 小米10 Pro内置了一块搭载MMT技术的4500mAh定制条形电池 ， 并支持50W（10V/5A）疾速闪充 ， 号称是单电芯所支持充电功率的极致 。


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