小米快充工程师:隔空充电兼容性仍是老大难,明后年会有厂商手机取消充电口

近日小米发布了 200W 有线充电和 120W 无线充电技术,让手机有线充电时间杀入到了 8 分钟内。智东西作为少数业内媒体受邀与小米快充工程师进行了深入交流。

小米快充技术相关工程师更深层次地剖析了小米这次发布的充电技术,包括充电器件、电池材料、充电算法和架构上的调整、优化,并且对于快充技术未来的发展也给出了自己的判断。

一、大功率充电和轻薄真的不可兼得吗?

快充、大电量、轻薄似乎永远是相互矛盾的存在,而它们之间的权衡取舍,也能看出一个厂商侧重什么样的用户体验。

雷军和小米工程师们一致认为充电、续航、轻薄三个方面都是手机非常重要的三个维度。

雷军曾提到,充电速度跟电池的能量密度不可兼得,小米为了实现速度和轻薄相对平衡,将 10C 电池的能量密度做到了比较极致的状态,尽可能降低“快充导致的能量密度降低”所带来的影响。

小米工程师说,虽然“轻薄”这两个字很简单,但对工程师的要求非常高,这么大功率的快充技术堆叠到一个轻薄的手机上,需要把电池、散热、堆叠都做好,这对所有的工程师和专家提出了更严格的挑战,小米有一个专门的团队做极致堆叠设计。

提到轻薄,就要说一说续航,这次演示机 9mm 左右的厚度和 4000mAh 电池,显然还有不小的提升空间。

小米工程师说,小米有自己的续航和 DOU 模型,针对每一款机器做续航优化都付出了很大努力。

除了手机的轻薄,充电器的便携程度也很重要。小米工程师说,通过新的氮化镓技术,开关频率比 120W 提高了一倍,很多储能器件都可以用更小的。

另外小米用平面变压器取代了传统绕线的变压器,200W 变压器的体积比 120W 的更小,基本可以和 120W 做到相同的尺寸,据称量产之后可能会更小。

二、快充未必伤电池,工信部 50W 无线充限制小米怎么看?

更高频率的快充下如何保持电池使用寿命,是厂商们需要非常重视的一个问题。

小米这次采用了 10C 石墨烯基的设计,让电池具有较高电子传导和离子传导特性,小米为 10C 体系选用了稳定性较高的正负级电池材料,搭配上为 10C 专门设计的一款电解液,实现对电池材料更好的保护。

据称,小米 200W 快充所使用的电池能满足 800 次循环以后能量保持 80% 以上,而国家标准是 400 次循环以后能量保持 60%。

充电的安全性一直是普通消费者非常关注的。小米工程师说,这次小米的 200W 快充从充电温度、充电电压、充电电流和充电协议四个维度进行了防护,总共有 40 多重安全防护措施。

比如在主板设计方面,小米采用了独立的 MCU 配合充电算法,当发生通信异常、软件死机等充电状态异常时,MCU 就可以快速切断大功率快充路径。

小米在 Type-C 端口增加了一些耐腐蚀的铑钌合金材料,可以降低快充对 Type-C 接口的腐蚀,另外小米在 Type-C 端口设计了过温保护的检测电路,检测到充电端口温度过高的时候能及时降低充电功率或者是切断充电路径。

另外就是电池本身,小米定制和开发了 10C 大功率快充的体系架构,用上了快离子环的负极石墨,为锂离子嵌入负极石墨提供了快速的通道,可以保护电池安全快充。

▲小米快充技术工程师

提到安全性,就不得不说发热,这次小米 200W 快充采用并联式设计,电源转换效率在 98.6%,据称也是业内最高的。在软件方面采用了多级递变的电流算法。

在 120W 无线充电技术中,小米在线圈上使用了最新的多股绕线的技术,把纳米晶屏蔽材料做了优化,保证大功率的时候效率不会损失。

在散热系统方面,小米将一块 VC 均热板直接置于充电 IC 处,电池正面热量通过铝合金中框散开,背面热量通过占手机 60% 以上面积的专门加厚的石墨片散开。据称在这些技术和设计下,200W 充电的温度跟 120W 其实是基本相同的水平。

目前,无线充电技术的快速发展也受到了国家工信部的关注,工信部前段时间发布了一个征求意见稿,对无线充电功率限制为不超过 50W,这一方面也是处于对充电安全的考量。

对此,小米工程师说,工信部的动作表明国家开始规范无线充电,这是一件好事。国家开始管控后,市面上的第三方配件产品会提升自身产品质量,更好地控制辐射。

当然,征求意见中的 50W 限制,小米还是觉得有些低,目前也在与工信部做积极的交流。但是小米工程师明确说道,这个最终肯定要看工信部意见,如果国家的政策落地,小米肯定会按照国家规定走。

在小米看来,他们更希望的是不要设置功率上的限制,而是通过限制辐射来达到安全的目的。

三、隔空充电何时来?充电兼容性仍是老大难

前不久小米也推出了隔空充电技术,小米工程师说,小米联合科研机构进行合作,研发了很长一段时间,这项技术的复杂度和难度都不是目前磁感应无线充电能比的。

但目前认证、法规和安全都是非常重要的课题,小米在以上几个方面都做了大量前期的预研和调研,还有技术储备,为未来继续做下一代充电技术打下基础。

现在用户其实在手机充电的兼容性上还存在很大痛点,不同品牌的手机各自都有自己的私有充电协议,充电器充其他品牌手机只能以很低功率充电。其实在未来实现一个规则和标准的统一应该是手机充电发展的大方向。

小米工程师说,其实目前开发自己的私有协议,就是为了保证大功率充电的安全性。当然,这也造成了一些兼容性的问题。

不过目前经过电信终端产业协会的努力,国家团体标准融合快充协议正在积极向前发展,这会提升不同品牌充电器兼容的充电功率。

目前小米、华为、OPPO、vivo 等厂商其实都在向“一个充电器充所有设备”的方向发展,一个充电器解决不光是手机,还有笔记本电脑、平板等设备的快充。因此兼容性问题的解决也是每家都要做的。

四、充电组建“突击队”,两年“充”到第一

有线和无线充电一直是小米的核心技术之一,也是雷军在小米开发者大会上重点强调的自研技术。

目前小米和充电相关的专家团队、技术工程师主要分布在北京、上海、深圳、南京四个研发中心,涉及到的领域、部门和团队很多,包括主板充电架构设计相关的基带团队,电池、数据线、连接器和充电器的团队,结构散热的团队,软件开发的团队,还有测试团队等等。

据小米工程师回忆,2017 年年中和年底,小米各领域的充电专家团队开始成立,当时就定下了目标,“能不能干行业最快的充电技术?”雷军和一众高管对于充电技术的研发都非常重视。

2019 年年初,经过一年多努力,小米发布了 100W 有线快充,而去年 8 月份又首发了 120W 有线充电技术。在快充领域,小米近两年的确走在了行业的前面。

五、200W 之后,快充的极限在哪里,无线何时取代有线?

手机快充发展的速度是超出我们想象的,2019 年手机充电功率还在 65W 左右,而 2020 年就来到了 100W 以上,2021 年更是达到了 200W,几乎是以年均翻倍的速度在增长。

那么快充功率究竟有没有发展上限呢?对此,小米工程师说,5 月份 PD 发布了快充协议升级,虽然是草稿,却已经支持了 240W 的技术。

未来技术演进离不开新技术的探索和材料升级,包括充电芯片、电池和充电器、数据线、接口等等。如果哪天电池充电功率可以做到更高、阻抗做到更低、效率做到更高,理论上充电技术还会继续升级。

在无线充电方面,小米工程师提到,目前有线充电依然占主导的主要原因,一方面就是无线充电的生态建设并不完善,公共场所无线充电装置少,且功率低。

虽然无线充电技术的发展非常迅猛,但是相比有线充电来说还是不够成熟,充电的体验还是没有有线充电那么便捷。

但未来无线充电的技术和生态建设比较完善的时候,甚至手机接口就会取消,小米工程师透露,也许明年后年有些厂商的手机就可能会取消充电接口。

结语:“百瓦快充”远不是手机充电的终点

通过与小米工程师的深入交流,我看到小米 200W 有线充电和 120W 无线充电背后,小米在定制化器件、电池材料、充电算法、堆叠设计方面所做出的创新,也能够感受到小米对于充电这样的核心技术研发,是十分重视的。

但我们也能看到,不论是有线充电面临的轻薄、续航、速度之间取舍的技术挑战,还是无线充电生态的建设,都还有非常多的问题等待着工程师们去克服。

不管充电技术怎样发展,便利我们的日常使用、升级我们的充电体验,是始终不变的方向,我们也期待未来小米、OPPO、vivo 等头部玩家能够带来更多创新的充电“黑科技”。

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