「快速充电」的原理是什么目前的快充技术存在哪些亮点和缺陷呢？在如今这个移动设备当道的时代，电池寿命是影响用户体验的主要因素之一。在设备内部集成省电技术非常重要，但这只是解决方案的一部分。随着移动设备的功能不断增多，其对电力的要求也不断提高，原始设备制造商(OEM)也尝试大幅提高电池容量，以此延长电池的使用寿命。

　　例如，1S2P（1个电池串联，2个电池并联）这类架构开始风行，通过使用两个并联电池来提高总电池容量。提高电池容量带来的问题就是充电时间随之延长。为了尽可能缩短充电时间，电池技术不断改善，将充电电流从2C增大到3C或6C（也就是说，xC是1小时内通过电池的额定电流的x倍）。例如，2000 mAh电池在不对电池可靠性产生不利影响的情况下，会消耗最高12 A充电电流。

　　电池充电系统的关键元件包括充电器本身，以及报告电池指标的电量计，例如电池的充电状态(SOC)、剩余电量使用时间和电池充满所需时间。电量计可以集成在主机端，或者集成在电池包中（参见图1）。

　　集成在电池包中时，电量计需要使用非易失性存储器来存储电池信息。电源路径中的MOSFET监测充电/放电电流，保护电池免于遭受危险状况。MAX17330 是ADI公司提供的电池电量计，内置保护电路和电池充电器功能（参见图2）。

　　充电MOSFET可以精细调节，以实现线性充电器，在充电电源限制为5 V，充电电流在500 mA范围内时，该器件可以独立使用。由于锂电池在99%充电曲线V，因此功耗受到限制。

　　在充电器前面连接降压转换器来调节其输出电压，这样就可使用高压充电电源和高充电电流（参见图3）。同时还可以充分减少压降，从而降低充电MOSFET的功耗（参见图4）。

　　在电池包中集成电量计会使电池变得智能，能够用于先进充电场景，实现先进充电功能。例如，电量计可在其非易失性存储器中存储适合电池包中电池的充电曲线参数。因此无需通过主机微控制器单元(MCU)充电。现在，主机MCU仅需管理来自电池包的ALRT信号，根据收到的警报类型增大/降低降压转换器的输出电压。

　　CP是一种标志，当流经保护MOSFET的电流影响散热性能时，该标志置位。CT是一种标志，在MOSFET温度过高时置位。热限制和MOSFET限制设置使用nChgCfg1寄存器组进行配置。

　　可编程降压转换器（例如 MAX20743 ）使用PMBus®来精细调节输出电流。降压转换器中的集成式MOSFET支持高达10 A的充电电流。此外，由于PMBus使用I2C作为其物理层，可以使用单个I2C总线来管理降压转换器和电量计。

　　以下示例展示一种为单个3.6 V锂电池充电的方式。图5显示充电系统中电压和电流的时域形状。具体来说，该图显示了电池电压、电池电流和降压转换器的输出电压。

　　可以看出，降压转换器的输出(VPCK)设置为高于电池电压50 mV。该输出电压会持续增大，以免造成压差，且尽可能降低总功耗。

　　由于快速充电期间的电流很高，OEM必须要确保安全充电。因此，作为整个电池管理的一部分，智能快速充电器必须能够监测多个重要参数。例如，在根据电池制造商规格和建议监测电池温度和环境/室温的情况下，快速充电器可以确定何时降低充电电流和/或降低端电极电压，以确保电池安全，延长电池的使用寿命。

　　可以根据温度调节电压和电流，以符合六区JEITA温度设置要求（参见图6），且基于电池电压进行三区步进充电。

　　使用步进充电曲线，根据电池电压改变充电电流，可以进一步延长电池的使用寿命。图7显示使用3个充电电压和3个相应的充电电流的步进充电曲线。可以通过状态机来管理各级之间的转换（参见图7）。

　　多电池并联充电需要额外管理。例如，当两个电池的电压相差超过400 mV时，充电器必须防止出现交叉充电。只有当最低电池电量太低，无法支持系统负载时，才容许在有限的时间里进行交叉充电（参见表3和图8）。

　　快充和慢充是相对的概念。业界普遍认为，电动汽车快充是指充电电流大于1.6C的充电方式，也就是从0%充电到80%时间小于30分钟的技术。

　　如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就像优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑。

　　充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，以供到达负极的锂离子嵌入。嵌入的锂离子越多，充电容量越高。

　　快充时，锂离子需要加速瞬时嵌入到负极。这对负极的快速接收锂离子的能力挑战很大。普通化学体系的电池在快充时负极会出现副产物，影响电芯的循环和稳定性。

　　所以，锂电池快充的技术的核心就是在不影响电芯寿命和可靠性的前提下，通过化学体系和设计优化，加速锂离子在正负极移动的速度。

　　一般来说，快充采用的为直流充电，快充顾名思义，快充即对电池的快速充电的过程，可以简单化的理解快充模式是用大电流，在小于1小时内快速向电池充电，其次对于电池内部来说的话，快充时，锂离子需要加速瞬时嵌入到负极。首先用较宽的充电脉冲进行充电，蓄电池的端电压上升，当到达充电时间设定的时间的时候，充电器暂停充电，当充电间歇时间达到另一个点时充电器继续充电。

　　即使配备的电池在电芯材料与设计方面有所改进，但大电压和电流仍旧使电池产生损耗。在快充的过程中,内部的电荷在电极之间的流动速度变快,加速了电极老化的进程,从而减少了电池的使用寿命。同时,快充时产生的热量也会加快电极的老化。

　　无论是光伏还是聚变，人类文明迟早必须转向可再生能源。考虑到人类日益增长的能源需求和化石燃料的有限性，这被认为是不可避免的。为了开发替代能源，科学家已经进行了大量研究，其中大多数使用电力作为主要能源载体。随着世界采用更多的可再生能源的新产品和设备，可再生能源的广泛研发伴随着逐渐的社会变革进行中。最显著的变化是电动汽车的逐步的普及开来。虽然在10年前，很少能在路上看到它们的身影，但现在每年有数百万辆电动汽车出售。目前，电动汽车市场是增长最快的行业之一。

　　与从碳氢化合物燃料燃烧中获得能量的传统汽车不同，电动汽车依靠电池作为能量的存储介质。长期以来，电池的能量密度远低于碳氢化合物，这导致早期电动汽车的续航里程非常低。然而，与燃汽油汽车相比，电池技术的逐步改进最终使电动汽车的驱动范围达到了可接受的水平。毫不轻描淡写，电池存储技术的改进是必须解决的主要技术瓶颈之一，这样才能启动当前的电动汽车革命。

　　然而，尽管电池技术有了巨大改进，但当今电动汽车的消费者面临着另一个困难：电池充电速度缓慢。目前，汽车在家中完全充电大约需要10个小时。即使是充电站最快的增压器也需要长达20到40分钟才能为车辆充满电。这给客户带来了额外的成本和不便。

　　为了解决这个问题，科学家在量子物理学领域寻找答案。他们的搜索发现，量子技术可能会有望以更快的速度为电池充电的新机制。量子电池技术首次在Alicki和Fannes于2012年发表的一篇开创性论文中提出。理论上，纠缠等量子资源可以通过集体同时为电池内的所有电池充电来大大加快电池充电过程。

　　这尤其令人兴奋，因为现代大容量电池可以容纳许多电池。在经典电池中，这种集体充电是不可能的，因为电池相互独立地并行充电。这种集体充电与并行充电的优势可以通过称为量子充电优势的比率来衡量。大约在2017年，研究人员注意到，这种量子优势背后可能有两个来源——即全局运算（好比其中所有细胞同时与所有其他单元格交谈亿博，即“都坐在一张桌子上”）和全方位耦合（即“许多讨论，但每次讨论只有两名参与者”）。然而，目前还不清楚这两个来源是否都是必要的，以及可以实现的充电速度是否有任何限制。

　　最近，基础科学研究所（IBS）复杂系统理论物理中心的科学家进一步探讨了这些问题。该论文在《物理评论信》杂志上被选为编辑建议，该论文表明，全方位耦合在量子电池中无关紧要，全局运算的存在是量子优势的唯一成分。该小组进一步确定了这一优势的确切来源，同时排除了任何其他可能性，甚至提供了设计此类电池的明确方法。

　　此外，该小组能够准确量化该方案可以实现多少充电速度。虽然最大充电速度随着经典电池的电池数量线性增加，但研究表明，采用全新操作的量子电池可以实现充电速度的二次缩放。为了说明这一点，请考虑一辆典型的电动汽车，电池包含约200个电池。使用这种量子充电将是经典电池的200倍加速，这意味着在家充电时间将从10小时缩短到大约3分钟（一泡尿的时间）。在高速充电站，充电时间将从30分钟缩短到仅秒（弹指一挥间）。

　　研究人员表示，该研究的影响后果是深远的，量子充电的影响可能远远超出电动汽车和消费电子产品。例如，它可能会在未来的聚变发电厂中找到关键用途，这些发电厂需要大量能源在瞬间充电和放电。当然，量子技术仍处于起步阶段，要在实践中实施这些方法还有很长的路要走。然而，像这样的研究结果创造了一个有希望的方向，并可以激励融资机构和企业进一步投资这些技术。

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　　智能手机的兴起使得手机耗电量急速上升，而成本、电池技术都限制了电池续航时间，在没有办法解决电池续航问题的时候，为用户提供更快的充电速度似乎成了解决手机待机问题理所当然的方法，在这个大背景下，现在的手机快充技术越来越多的被手机厂商们使用和青睐。

　　电池核心仍是锂离子，大多数厂商走的，基本是“开源”和“节流”两条路——电池厂商努力提升能量密度加大容量，芯片厂商则在寻求低功耗方案，但这两者都是有上限的：前者手机便携性所限，后者是是技术限制。

　　既然开源节流效果都不明显，厂商就开始采用“曲线救国“的方案：提高手机的充电速度，从常规的1-2小时变得更短，以此降低充电的时间成本，换取便捷性。

　　电池充电的基本条件是：充电器电压要比电池电压高，才能克服电池的电压使它产生充电电流，完成电荷转移过程。

　　初中物理都学过，功率（P）=电压（U）*电流（I），在电池电量一定的情况，功率标志着充电速度，可以通过下列三种方式来缩短充电时间：

　　把充电比喻成水池蓄水，提升电压，会对池壁带来更大压力，带来安全隐患。所以单纯采用提升电压这种方式的还不多。

　　从物理计算公式上来说，功率（P）=电压（U）*电流（I），在电池电量一定的情况，功率标志着充电速度，我们可以通过下列三种方式来缩短充电时间。

　　1、高电压恒定电流模式：一般手机的充电过程是，先将220V电压降至5V充电器电压，5V充电器电压再降到4.2V电池电压。整个充电过程中，如果增大电压，产生热能，所以充电时，充电器会发热，手机也会发热。而且这样功耗越大，对电池损害也是越大的。

　　2、低电压高电流模式：在电压一定的情况下，增加电流，可以使用并联电路的方式进行分流，恒定电压下，进行并联分流之后每个电路所分担的压力越小，在手机中也进行同样处理的话，这个每条电路所承受的压力也就越小。

　　3、高电压高电流模式：这种方式同时增大电流与电压，这样由之前的公式P=UI，我们可以知道的是，这种方式是增大功率最好的办法，但增大电压的同时会产生更多的热能，这样其中所消耗的能量也是越多，并且电压与电流不是无限制的随意增大。

　　这三种方式有一个共同的问题，那就是对充电器、手机以及充电数据线的电子元件要求更高。高通想利用其技术上的优势使得第三种方式，而OPPO选择退而求其次，采用了第二种方式来提高充电效率。

　　恒压提高电流是更普遍做法，目前手机标配的适配器通常为5V/1A输出，部分厂商将充电电流提升到了2A，一定程度上缩短了手机的充电时间，这确实是一种解决方案，但问题是，首先，2A需要充电器和手机都支持才行，手机上也有控制器，并不是多大电流都能支持，如果用2A充电器给仅支持1A的手机充电，其实输出也只有1A。

　　另外，电流不能无止境提升，大电流充电会产生更多的热量，如果发热速度超过了散热速度，又没有保护机制，电池的温度就会不断升高，寿命降低甚至引起爆炸。所有的电子产品，充电器和产品本身都会限制最大电流。

　　目前提升充电功率的两个方法，要么提升电压，要么增加电流，要么电压、电流均提高。并且只有经认证的手机端和适配器才能实现高效的充电效果。

　　首先充电器把家用电的220V降压到5V输出到手机MicroUSB接口，然后手机内部电路再降压到4.3V左右给电池充电。这里面一共有两个降压的过程。

　　上图中横坐标为时间，纵坐标为锂电池电压。由于锂电池的特殊性，过压或者欠压都会导致电池报废，所以现在的锂电池充放电保护电路原理就是测量锂电池电压，再根据电压判断锂电池是否处于正常状态（非过压、非欠压）。

　　锂电池的充电电流如上图粉红色线所示。锂电池的充电分为三个阶段，分别是恒流预充电、大电流恒流充电与恒压充电。

　　当电压低于3.0V时，充电器会采用100mA电流对锂电池进行预充电，就是上图CCPre-charge阶段，中文名字叫恒流预冲电阶段，目的是慢慢恢复过放电的锂电池，是一种保护措施来的。合格的充电器都会有这个充电阶段。

　　然后与问题有关的就来了。当锂电池电压高于3.0V时，就进入到第二阶段，大电流恒流充电阶段（CCFastcharge）。由于锂电池经过第一阶段的预充，其状态已经比较稳定了（预充阶段的作用可以这样理解~但并不严谨）。所以在第二阶段，充电电流就可以适当提高，根据不同的电池来说，这个电流的大小可以从0.1C到几C不等，其中C是指电池容量，如2600mAh的锂电池，0.1C就是指260mA大小的电流。

　　在这一个充电阶段中，国家建议的标准充电是用0.1C电流进行充电的，这个就是标准充电。不过标准充电这个标准由于提出的时间很早，十几年前的就提出来。那时候因为锂电池技术远远不如现在稳定（不允许大电流充电），所以才会有这样一个标准，采用标准充电的唯一好处就是充电过程稳定，发生爆炸之类的几率非常小；缺点就是费时间！！！

　　而快速充电，就是指在这个阶段用大于0.1C的电流进行充电。如果锂电池容量为2600mAh，那么标准充电的电流为260mA，只要充电电流大于260mA，就可以定义为快速充电了。不过就从目前的锂电池水平与充放电管理芯片的水平来说，用1C的电流充电都没问题。所以快速充电也没有想象中的那么危险。一般快速充电的充电电流为0.2~0.8C，所以快速充电还是安全的。由于近几年来的提升，现在的充电器基本上都是快充类型的。

　　而锂电池充电的最后一个阶段为恒压充电阶段，这个阶段就是检测到锂电池电压等于4.2V时，充电器则进入恒压充电模式，这个阶段充电电压恒定为4.2V，充电电流则越来越小（慢慢充满了，电流肯定变小~）。当充电电流小于100mA时，就判断电池充满，切断充电电路。

　　这一阶段的特性，也可以解释为什么手机指示充满电后，拔出USB线再去，手机又显示继续充电。

　　另外，需要说一下的是：以上的充电是针对于单节锂电池的最理想充电过程，目前的合格锂电池充放电保护板都是这样子工作的。

　　目前手机使用的电池都是锂离子电池，在手机工作时，电池不断放电，电池电压不断下降，电池放电的电流不同，电压下降的曲线速率也不同，一般来说，在电池电压3.5V～4.2V之间集中了90%的电池能量。电池能量分布如下图所示。

　　结合锂电池的实际情况，一般手机的工作设置为当锂离子电池放电到一定程度时，会通过软件设置为不能通话或者强行关机。深度放电对锂离子电池的寿命会造成不可逆转的损伤，因此关机电压一般设置为3.5V左右。从电池的能量分布以及手机使用的实际情况来看，影响充电时间最大的是在恒流充电阶段的充电电流，目前主流手机设置的充电电流为450mA左右。如果想实现快速的充电，最切实可行的方法就是提高恒流的充电时间。锂电池的最佳充电速率为1C，这意味着一个1000mAh的电池组要以1000mA的电流进行快速充电，以这种速率充电可以实现最短的充电时间，而且不会降低电池组的性能及缩短使用寿命。对于容量不断增加的电池，欲达到这种满意的充电速率，提高充电电流值是不可避免的。

　　快速充电方案包含两个部分，充电器部分和电源管理部分，电源管理部分的芯片置于移动智能终端内，有独立的电源管理芯片，也有的直接集成在手机套片中，电源管理芯片对锂电池的整个充电过程实施管理和监控，包含了复杂的处理算法，锂电池充电包括几个阶段：预充阶段、恒流充电阶段，恒压充电阶段、涓流充电阶段，充电管理芯片根据锂电池充电过程的各个阶段的电器特性，向充电器发出指令，通知充电器改变充电电压和电流，而充电器接收到来自充电管理系统的需求，实时调整充电器的输出参数，配合充电管理系统实现快速充电。

　　针对MT6235/36平台推出的AW3208在增加OVP功能的同时，提供了智能充电功能，以满足快速充电的功能。如图2所示，AW3208内置专有的K-ChargeTM技术，可根据芯片温度智能调整输出电流，以保证在充电期间整个充电系统的安全。使得手机在实现快速充电的时候不会因为由于环境温度较高或者充电电流过大导致芯片进入过温保护使得充电没法正常进行。上图为在MT6235、MT6236上的典型应用图。

　　其实总的来说，目前市面上手机所常见的快充技术基本上都来自于三家公司：高通、联发科和OPPO，比如小米5就采用了QC3.0的快充技术。

　　我们先来说一下高通，现在高通QC4.0已经发布，但是目前市面上常见的高通QuickCharge快充标准大多为QC2.0和QC3.0两种，相比于第一代时候的5V/2A固定电流电压技术来说，QC2.0则提供了5V、9V和12V三个档位的电压，以及最大3A（一般手机适配器不会达到这么多）的电流。相较于QC1.0来说，充电速率上提升了很多。

　　我们以QC2.0来举个例子亿博，QuickCharge2.0需要手机与充电器都符合这一标准才能使用，为了防止老版本手机在充电时被过大电流烧毁，充电器中还加入一个IC控制器判断，当然，不符合QuickCharge标准的也有5V低电压与1A电流伺候。

　　QuickCharge2.0已经融入到高通骁龙801处理器芯片中。目前支持这一技术的手机与相应的充电器搭配即可支持，例如小米4，三星S5或是HTCOneM8，理论上，QuickCharge2.0比传统USB充电方式快75%。，能在30分钟内为3300毫安时的电池充入60%的电量。

　　这项技术的局限性在与于芯片，这是高通的技术壁垒。虽然骁龙210这种入门货也支持，但非高通芯片，比如魅族的三星E*ynos，华为的海思，以及MTK6595等就没办法了。

　　其实QC2.0就已经基本解决了充电功率方面的问题，如果再提高充电功率可能就会引发严重的手机发热问题。所以QC3.0的出发点就是解决手机侧的接收效率。

　　高通QC3.0相比QC2.0主要是增加了一个“最佳电压智能调节”（IntelligentNegoTIaTIonforOpTImumVoltage，INOV）算法，可以以200mV为一个台阶进行智能调节，提供从5V到20V电压的灵活选择（原来的QC2.0只支持9V、12V、20V三个档位）。这样手机可以在不同充电阶段，获得恰到好处的电压，达到预期的充电电流，使得电量损失最小化。

　　高通官方宣称，QC3.0充电效率比QC1.0提高1倍，比QC2.0的提高了38%，是普通充电技术的4倍，能在大约35分钟内将一部典型的手机从零电量充电到80%！

　　国产厂商OPPO自己研发了一种VOOC闪充方案，原理是恒压加大电流，但又对这种方式进行了改良，他们的办法是，恒压高电流，将电流提升到了4.5A，由此加快速度。

　　常规手机的充电过程，是适配器将220V交流电降压成5V直流电，在手机端通过充电控制电路调整为4.2V左右给电池充电，在电压调控过程中因为功率的损耗会产生发热现象（这也是我们常说手机充电时候会发热的缘故）。VOOC闪充技术将充电控制电路移植到了充电器，将发热源移植到了适配器，转移手机发热问题。

　　VOOC闪充的充电器也有专门的芯片，名为MCU芯片，取代传统充电中的充电控制电路。这颗芯片可以自动识别当前充电设备是否支持VOOC闪充。另外，它的充电口，虽然也是MicroUSB，但有7针，电池也是特制，触点达到了8个。

　　专门的适配器、电池、数据线、电路、接口，所有这一切都满足时候，才能开启闪充，实现4.5A大电流输出输入。如果检测到不支持，会自动使用稳定充电电流实现慢速充电。

　　联发科也推出了属于自家的快充技术——PumpE*press，而且跟OPPO杠上了，联发科PumpE*press3.0快速充电技术，将一部手机电量从0冲到70%仅需20分钟，预计今年年底正式应用。号称充电5分钟通线小时，OPPO的告铺天盖地，但也只是充电5分钟通线小时。

　　联发科PumpE*press特点：允许充电器根据电流决定充电所需的初始电压，由PMIC发出脉冲电流指令通过USB的Vbus传送给充电器，充电器依照这个指令调变输出电压，电压逐渐增加至高达5V达到最大充电电流。

　　联发科MTPPumpE*pressPlus的原理和高通QuickCharge大同小异，都是在保证充电电流2A的基础上，通过加大充电器到手机USB端口的电压来实现更大的充电功率。

　　TIMa*Charge快充技术集成了5A单节锂离子电池充电器电路，在电流高达5A的时候支持高达14V的输入电压。向下兼容高通QuickCharge2.0的9V、12V两档电压，对联发科PumpE*pressPlus的7V、9V、12V支持也不在话下。与现有电池充电器相比，这款器件将充电时间减少一半以上，最高可将充电时间加少60%。

　　首先，手机基本上都是用的锂电池，单节电池满电电压都是 4.2/4.35v左右，所以给单节电池充电时电压基本上都是差不多的，手机内部要有一个降压电路，把输入的电压降到电池充电所需要的电压。

　　对于不支持快充的手机，手机内部应该只有5v-4.2v的降压电路，输入电压超过5v太多可能会烧毁（或保护），总之无法正常充电。

　　那么我们假设一个支持高压快充（比如说9v）的手机亿博，它的充电头如果默认输出就是9v，那么用这个充电头给不支持这种快充 的手机充电是很危险的。

　　所以现阶段所有的快充技术，默认输出电压都是5v（或者0v），也就是说即使是快充充电头，给不兼容它的设备充电也是没有危险（或者能正常充电）的。

　　上面就是QC2.0的识别电压，比如说我的手机设定d+ d-的电压都是0.6v，那么充电头输出的电压就是12v（当然实际的识别过程要稍微复杂一点）

　　像apple2.4A 高通的QC2.0、QC3.0、三星AFC、华为FCP都是通过类似方法识别的，只不过各家设置的电压不一样

　　后来发展出的低电压大电流方案，由于通过的电流比较大，所以对数据线也有一定的要求，一般会设置新的触点来做识别，而且识别过程也比较复杂，甚至会加密，这里就不细说了

　　由于快充占用数据线，边快充便传输数据是不可能的，所以后来的USB PD快充，由于用到了双头type-c的数据线，会通过专门的PD通信线来传输PD报文

　　另外值得说的是，PD报文中不仅有电压，还有电流，也就是说两个正规的PD设备和PD充电器，即使二者功率不匹配，也能正常充电。比如说用一个30w（假设报文为5V3A 9V3A 12V2.5A 15V2A 20V1.5A）的充电器去给87w的macbook充电，笔记本也会识别到充电头的最大输出功率，从而降低充电功率。用其他协议就可能会出现因功率不匹配而拉爆充电头的现象，比如说用早期三星的15w充电器给其他支持18w qc的手机或者充电宝充电就可能拉爆充电头，后来从s9开始，原装充电器就不支持qc了

　　再后期的像oppo svooc华为sscp这种私有协议，基本都会加密，破解了是会被请喝茶的，所以一般人没有渠道了解原理，用官方或者第三方授权的充电设别充电就完事了