2020-07-27 08:30

手机快充会爆炸吗?

中奇 万铎 黄阳 发自 凹非寺

鹅板凳 | 公众号 ebandeng


最近各大手机厂在电池充电方面好像突然开窍,100W甚至125W都轮流上场刷屏。

 

       

     

 

大鹅看着手里60W出头的笔记本充电器默默流下了眼泪。

 

一方面是充电技术捷报频传,一方面是腾讯的玄武实验室爆出快充的安全问题,称市面上快充产品普遍存在重大安全问题,存在爆炸风险。

 

       

     

 

所以手机的快充到底是咋回事?它安不安全?今天咱们就来好好聊聊手机充电那点事。

 


早期充电简史


 

虽然现在嘲讽苹果“五福一安”已经成为数码爱好者的基本修养,但放十年前,手机的充电功率还远远到不了这个水平。

 

最早的诺基亚黑白屏手机,它的充电接口,是真·充电接口,传数据甚至连屏幕投影这些功能都是不存在的。

 

       

     

 

当然那时候手机功能也简单,能打电话发短信就差不多了,要再有个贪吃蛇,也能勉强当半个游戏手机了。

 

造成的结果就是,那时候的手机耗电小,电池容量小,加上技术限制,充电功率也就2.5W。

 

后来随着彩屏手机的诞生,手机的功能开始进一步丰富,可以连电脑把音乐下到手机里听了。

 

       

     

 

于是手机在充电接口之外,又多了一个数据传输接口。

 

再过了一段时间,智能手机取代功能手机走上历史舞台,手机功能越来越多,耗电量也越来越大,电池容量也跟着突飞猛进,到了动则上千毫安时的时代。

 

这时候2.5W的充电器就奶不动你的手机了,充电慢不说,甚至还会出现边充电边玩手机,电量还越来越少这种”入不敷出”的情况。

 


快充的变迁


 

对传输接口的要求越来越高,逼着行业里的各大巨头组队攻坚克难。

 

于是,Intel、NEC、IBM、Microsoft、Compaq、DEC、Northern Telecom这七家公司就组成了USB-IF(Universal Serial Bus Implement Forum)这个组织,并首次提出了USB规格。

 

USB的诞生正逢其时,很快就普及开来。随着USB逐渐成行业标准,2010年USB-IF发布了USB BC 1.2充电标准(BC是Battery Charge的简称)。

 

各家手机厂商一看,充电和数据接口可以二合一,机身内部可以省下不少空间,于是这种充电方式成了主流,除了手机厂商在用、数码相机等其他便携电子设备也都开始用。

 

       

     

 

USB BC 1.2最大的功劳就是让USB充电的最大电流能够达到1.5A,尽管它没有提升电压,但充电功率直接提升到了7.5W。

 

虽然现在看起来不咋样,但是在那时候跳起来暴打2.5W还是够够的。

 

然而历史的车轮滚滚向前,智能手机的功能越来越多,屏幕越来越大,手机里的各种元器件也越来越费电,手机电池也不得不越做越大,于是充电速度又一次成为了行业发展的瓶颈。

 

最先发觉这个问题的是高通。别看高通好像就是一个卖芯片的,人家的真实身份是专利巨佬,其中一条很重要的赚钱方式就是研究技术,申请专利,授权使用,最后躺着赚钱。

 

       

     

 

于是2013年,高通发布了第一代快充技术QC1.0,突破了USB BC 1.2标准中的1.5A的最大电流限制,将其提升到了2A,让快充最大功率可以到达10W。

 

             

 

至于为什么只是提高到2A而不是再接着往上拉,主要是因为当时大多数手机使用的都是USB 2.0规格的Micro USB接口,2A的电流基本上是这个规格可以承受的电流最大值了。

 

既然电流只能输入那么多了,那就只好提升电压来提高整体功率,这也成了行业里的主流玩法。

 

包括高通后续升级的QC 2.0、联发科的Pump Express、魅族的mCharge、华为的Fast Charge Protocol、三星的Adaptive Fast Charging都是这种。

 

但是高压充电并不是什么完美的解决方案。一个很明显的问题就是——

 

充电时手机端发热特别严重,特别是亮屏充电。热就算了,还充得慢,撞上个稍微吃点性能的游戏,充的还赶不上用的。


       

     

 

热就算了,挡着我上分就不厚道了吧。改,接着改!

 

既然充电功率越高充电速度就越快,而充电功率等于电压乘以电流。

 

拉高电压不行,那就能魔改充电线来加大电流。

 

       

     

 

第一个这么干的就是OPPO。具体的方法就是在标准的USB数据线中,在接口多加触电,在内部多加到导线,让线材更粗可以通过更大电流。

 

其实如果把给手机充电比喻成给一个池子蓄水,那么高压低电流就相当于增加左边的水压,让右侧水池的注水口水流得更快。

 

       

     

 

而低压大电流就相当于直接拓宽入水口的宽度。

 

     

       

 

初代的VOOC闪充凭借着5V/4A的20W超大功率,在当时智能手机的充电速度上可谓一骑绝尘,随后充电五分钟通话两小时的广告词也是深入人心。

 

那之后随着先天支持大电流的USB Type-C接口逐渐普及,更多厂商开始尝试大电流的充电方案。

 

华为推出的Super Charge Protocol、联发科的Pump Express Plus也转投这类方案高通的QC快充在兼容此前高压低电流的同时,也加入了对低压大电流的支持。

 

边玩边冲和发热的问题是缓解了,但还是有比较明显的缺点。

 

首先你需要购买专门的数据线,其次手机虽然发热控制住了,但导线和充电头的温度上来了,功耗都浪费在了发热上。

 

       

     

 

最先想出解决办法的是魅族,方法是让导线阶段用高压低电流、手机里用低压大电流,而导线和手机电池中间,加一个变压器。这个变压器的学名就是电荷泵。

 

魅族虽然第一个想到,但是由于各种原因,这个技术没有最终普及开来。

 

       

     

 

真正把电荷泵带火的,是华为的Mate 20 Pro,它充电器使用10V4A,手机芯片再将其转换为5V8A,总功率保持40W。

 

但这种方法也还是不够完美,它的问题就在于——

 

  • 以现在的技术水平,电荷泵能转换的功率上限大概在50W多点;

  • 电荷泵不能一直保持高功率状态,充电后半程必须降低功率保护电池,所以手机没电后,前半段的充电速度贼快,但充电功率就会大幅度下降,总时长还是比较长。

 

于是又有了一个新的技术来填补它的漏洞,也就是“双电芯”。

 

简单来说,就是以前的手机里面都是一次充一整块电池。而双电芯则是使用两块电池拼在一起,耗电时候俩电池一起用,充电时候分开充。

 

       

     

 

OPPO的65W VOOC闪充就是用了这种技术。

 

既然电芯能一分为二,那手机里的电荷泵能不能多安几个好突破50W的上限?

 

可以。

 

于是这次vivo的120W FlashCharge和OPPO的125W VOOC闪充就分别在手机中用了两个电荷泵和三个电荷泵。

 


PD协议是个啥?


 

快充技术跑得快,但是有一个尴尬的问题,就是大家都是闭门造车,你做你的,我充我的。结果各个设备要想实现快充都要用专门的充电头甚至是充电线。

 

这要平时用着还好,真要出个差、旅个游,光充电头都能装个小半斤。

 

       

     

 

能不能搞个一统天下的充电协议,一个充电头走天下呢?

 

还真可以,那就是USB IF推出的PD协议。

 

没错,就是之前提出USB标准的行业协会。

 

其实PD最初推出的时候也没什么厂家愿意使用,毕竟新的技术往往意味着新的成本,没啥大的动力厂家不会轻易投入的。

 

而且万一你的方案还没我的方案好使,我还出大价钱来迁就你,那不就是把自己的卖点拱手相让了么。

 

USB IF当然懂得这个道理,先是2017年在PD3.0的基础上,增加了可编程电源PPS(Programmable Power Supply),开始为快充统一规范。

 

自己忙活还不够,人还拉着谷歌一起推广,强制规定Android 7.0后的机型,都必须支持USB PD。

 

其他厂商想要自己的独家充电功率也可以,可以在PPS的基础上,继续往更高的充电功率上冲刺。

 

       

     

 

那之后,高通的QC和联发科PE被完全收编、华为、三星、OPPO、vivo、小米等厂商的快充,也都完成了对PD协议的兼容,江湖一统。

 

对于我们普通消费者而言,现在出差只需要带一个PD充电头,就能给绝大多数电子设备快速充电。虽然可能达不到手机的最大功率,但也要比五福一安快很多了。

 

这里还可以捎带提一嘴氮化镓,它又是个什么东西?

 

说白了,这就是一种用于充电头制作的新型材料。好处是可以大幅缩小充电头的体积,但具体能不能快充,还得看协议。

 


那么猛,会不会把我手机给炸了?


 

手机充电器功率都赶上笔记本电脑了,会不会把小机机给炸了?

 

尤其是在某韩国品牌手机出事之后,大家心里还是比较虚的。

 

       

     

 

但其实,那款手机之所以出问题是电池内部工艺不过关,容易短路。

 

充电技术不背锅。

 

而现在,绝大多数正规厂家生产的快充设备,都是安全的。

 

其中很重要的一点是,现在的充电头和手机等电子设备内,都有个专门管理充电的IC,也就是芯片。

 

在开始充电之前,这俩芯片会先匹配协议,说通俗点就是对暗号,只有暗号匹配了,才会正常工作。

 

而现在的手机和充电器通常都支持多种充电协议,举个例子如果拿个OPPO 65W的充电头给40W的华为手机充电。

 

那么充电头和手机的IC就会先发现,65W的Super VOOC暗号对不上,40W的SuperCharge暗号也对不上。

 

       

     

 

但二者USB PD的暗号对上了,接着就会用PD规定的电压和电流充电。

 

同时为了防止快充时升温带来的安全风险,现在手机里都有铜管、液冷、石墨烯甚至半导体等多种散热方式,内部也有非常精确的温度传感器来实时监测。

 

所以放心用就好。

 


那,电池会不会短命啊?


 

既然快充不会炸,那它对电池的寿命有没有损耗呢?

 

这么说吧,手机里的锂电池只要你用就肯定会有损耗,用的次数多损耗就多,次数少损耗少,跟快不快充没关系。

 

与其担心快充对手机电池寿命的影响,倒不如担心下你的电池使用方法是否正确,比如——

 

  • 尽量别把手机用到自动关机才充电;

  • 如果长时间不用手机,请把电池充至50%左右再关机放在阴凉处保存。

 

最后还要补充的是,手机充满了拔不拔其实都没事,你既不用担心电池没有涓流充电而虚满,也不用担心过充导致爆炸。

 

主要原因是电池充电的后期,电池内的电量越来越高,进入电池的电流也会越来越小,但现实生活中很难找到完全100%的那个时间点。

 

通常的解决方案是给电流一个限值,当充电电流低于这个值时,IC自动断电,保护电池,所以肯定不会过充爆炸。

 

但不同的手机厂商这个电流限值也不一样,所以最后电池的实际电量就是99.999%和99.9999%的区别,基本等同于满了,为了不逼死强迫症,手机都会显示100%。

 


最开始的充电器炸了是咋回事儿?


 

最根本的原因在于上文中说的充电IC,你可以把它理解成为一个非常微小的计算机,腾讯玄武实验室找到了一种通过 USB 口入侵这个微小计算机的办法。

 

在没对上暗号的设备里,开放更大的电流和电压,从而导致设备损坏。

 

作为一般用户咱们没必要太担心。

 

虽然它可以对设备造成永久不可逆的伤害,但几十瓦的功率导致起火爆炸是不太可能的。大多数手机等电子设备都有过载保护,无需太担心。

 

但要注意的是,许多杂牌充电宝等设备,过载保护能力的上限比较低,被攻击成功的概率很高

 

绝大多数黑客用漏洞做坏事,都是为了牟利。但直接把别人手机炸了本身是损人不利己事,真有人想报复你也有更简单的方式不是,没必要费老鼻子劲远程炸你电子设备。

 

另一方面这个安全漏洞爆是可以通过固件更新的方式修复的,相信主流正规厂商会很快跟进。所以咱们还是继续踏踏实实用吧。

 


说在最后......


 

这两年各方面技术进步的速度是有目共睹的,但电池方面一直没什么突破,所以只能在充电速度上下功夫。

 

而当快充达到几十W这个水平后,确实改变了我们的生活习惯 ,以前都是睡觉之前把手机连上充电器,现在起床后再充也来得及,极大程度上缓解了电量焦虑的问题。

 

       

     

 

但实际上现在除了苹果大多数手机的快充体验已经相当不错了,充电功率数字提升点边际收益是在急剧下降的,对于大多数人,125W相比65W可能提升并没有那么明显。

 

就好像手机屏幕在1080P后,往2K的推进相比从720P到1080P的升级十分缓慢。

 

技术更新当然不是毫无意义的,但选购手机时,还是得看综合表现。

 

毕竟兜里的钱是自己辛苦攒的,还是要理性消费。

 

       


-完-

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