对话小米工程师,200W 快充价值何在

2021/6/12 22:08:38 来源:锋见 作者:feng_keji 责编:懒猫

当前智能手机市场上,快速充电早已不是新鲜词,高功率快充更是逐步普及。

小米、OPPO、vivo、华为都已经实现了 60W 以上功率的有线快充,半个小时左右就能充满,手机充电彻底和长时间等待说再见。从 2020 年年中开始,100W 以上大功率快充进入市场,更是将充电时长缩短到了十多分钟。高功率无线快充的出现,使快速补能不再和线缆强制绑定。

小米是近几年来推动充电技术进步最努力的厂商之一,更高充电效率的 33W 快充、单电芯 5000mAh 电池、67W 快充下放至千元级手机、首批 120W 有线快充、首款 67W 无线快充,都出现在我们能买到的小米手机产品上。无论国内国际,这家厂商的充电体验始终走在最前沿。

现在,小米带来了 200W 有线快充和 120W 无线快充,可分别在 8 分钟和 15 分钟内将手机显示电量从 0% 充至 100%。又一次大提升后,小米付出了哪些努力?安全和体验如何保障?什么时候将正式面世?雷科技和小米充电技术研发工程师们进行了一次深入访谈,答案逐渐浮出水面。

速度和安全我全都要

我们一直都在倡导安全用电,它将紧密关系到我们的人身和财产。从 120W 提升到 200W,从 15 分钟压缩到 8 分钟,看起来只是数字上的变化,但为了保证良好的散热性能和电气稳定性,背后是充电器、线缆、端口、主板、电池等整套充电系统的变化。

工程师自信地表示,这套小米深度自研的 200W 充电技术肯定安全。

首先是经历了很长的研发周期进行验证,从充电器到手机主板的整套系统具备高达 40 重的主动安全防护措施,涉及温度、电压、电流、协议等方面。其次,主板上有独立 MCU 控制充电状态,一旦发生异常就会快速切断快充。接口引入耐腐蚀的铑钌合金,也有过温保护检测电路。

小米还为 200W 快充定制了放电倍率达到 10C 的石墨烯基设计新型电池,首次采用快离子环负极石墨,实现保护电池安全快充的特性。为实现小米 11 Pro 级别轻薄机身而定制化学体系,在极片上做了优化,达到能量密度和体积重量的平衡,手机上也有其他技术手段进行补充。

至于这块电池是否耐用,工程师称其有稳定性更高的正负极,电解液也是专门设计的,材料保护做到了“极致”。目前已经做到了 800 次循环后还能有 80% 寿命,因此长期使用后还有不错的续航能力,研发团队至今仍在不断改进生产技术和手机耗电算法,以进一步提升电池寿命。

手机一侧发生变化的不只是主板。小米这次使用了分散在主板和小板的三颗并联的电荷泵,实现充电效率和散热平衡,底层算法相应优化再加上利用整机散热系统,标准充电速度可以达到 10~15 分钟左右,而 200W 体感温度会保持在和 120W 相当的水平,除了更快再无其他变化。

向上来到线缆和接口,200W 充电标配的充电线从此前 120W 的 6A 规格升级到 10A,同时有着更低的电阻不容易发热。Type-C 接口使用的铑钌电镀在安全之外,还将电流规格从之前的 10A 提升到 15A,抗磨抗氧化性能都有提升,换句话说,长期使用后也能保持较好的体验。

功率提升近一倍,但小米 200W 快充的充电器体积并没有明显变化,这也和近两年高端手机充电器热捧的氮化镓技术离不开关系:充电器内部开关频率比 120W 高了一倍,同时储能器件尺寸可以小很多,绕线变压器换成了更小的平面变压器,提升效率的同时让出了散热空间。

大功率手机充电器是否会让限制较多的学校宿舍跳闸?关于这个略显无厘头但的确关系到学生用户体验的问题,工程师们也给到了“定心丸”:充电器峰值功率为 200W,达不到大多数学校跳闸限定的 2000W 阈值,充电速度快很少会长时间占用太多功率。

在安全和速度上两手都要抓的 200W 充电,何时才会正式进入市场呢?工程师坦然表示可以期待,此前的 120W 是经历了 2019 年 2 月首曝、2020 年 8 月上市的过程,大约花了一年多的周期,相信 200W 将不会让消费者们等得太久。

不只是充电技术本身

在充电技术之外的领域,我们也看到了小米为改善手机充电速度和体验所做的一系列投入。

高性价比的“全球通”充电器

上文提到,小米为实现 200W 充电大量采用新型充电器元件,工程师却认为依旧能“更具性价比”:整套技术全都是自主研发,早期开发阶段就从 BOM 选型到材料都进行成本管控。制程到工艺全在推行自动化,能控制成本还能提高一致性,目前自动化率已达 85% 而今年目标是 90%。

全球市场是小米销售增长的重要组成部分,因此做了较好的国际标准兼容,支持 100V~240V 宽电压,小米 11 匹配的充电头则在 30 多个国家通过了认证,当然不同地区有不同的插头形状。工程师自豪的表示,小米从 33W 版本开始就提供 20V 档位,让笔记本也能用手机充电器补能。

另一个价值在于不同品牌间的兼容性,虽然不是快充最主流的 C to C 而是修改 USB-A 接口,但小米也支持 PD、PPS 这些通用协议可开启 18W 或更高的快充,只是出于安全会控制第三方产品的功率。国家推动的融合快充协议在 5 月 28 号有进展,今后手机快充兼容表现会更好。

200W 远不是终点

小米在无线快充上有着不输于有线快充的投入,这次的 120W 无线快充就对无线线圈使用新的多股绕线,对纳米晶屏蔽材料也有优化,并延续了 67W 无线充时引入的小米独有的 30V 架构提升效率。不过,近期公开的无线充电法规意见征求稿,开始让人担心技术进步是否会受限。

工程师认为,无线充电技术得到规范是好事,可以督促第三方配件提升质量,提升安全和用户体验。同时,现阶段还是意见征求稿,工信部正在和小米华为等企业进行交流,探讨什么样的功率才是更加适合的上限,政策落地后小米将会遵守要求。

综合行业内多家企业的看法,各方认为不大于 200W,是适合无线充电技术的上限标准。工程师个人表示,相比起限制总功率,限制无线充电设备的辐射量,或是更能有效达成安全和其他目的的手段。就工程师角度而言,对技术的探索是不会停下来的。

回到有线快充,技术上限正在又一次刷新。USB-IF 在刚刚过去的 5 月,发布了能达到 240W 功率的 PD 快充草稿技术规范,因此包括芯片、电池和充电器、数据线、接口在内,手机充电还有更多前景可以探索。工程师也认为,手机电池倍率有望做到 10C 以上。

全无线手机即将到来?

提到小米技术投入时,工程师显得颇为骄傲。充电相关团队已经遍布小米的北京、上海、南京、深圳四个研发中心,涉及主板基带电池结构散热等等,2017 年中各团队抽调组成专家组然后 2018 年开始发力,无线充电进步幅度最大,从 MIX2S 的 7.5W 来到了今天的 80W 和 120W。

他还表示,小米做了大量技术储备去“战未来”。此前演示的隔空充电就是非常前沿的技术,小米现阶段做到了技术 demo,而它的复杂度难度都不是现在的无线充电可以比拟的。工程师认为,需要有一个随时随处可以无线充电的生态,才能让无线充电替代有线,不过未来一两年或有正式上市的无充电口手机。

快充普及化成行业新方向

电荷泵、双电芯、氮化镓...... 充电技术发生的进步其实并不比手机其他部分来的小,甚至可以说悄然间完成了一次变革。刷牙洗脸、一顿便餐乃至一场游戏的时间,就能让大容量电池充满,大幅缓解手机高强度使用后产生的续航焦虑,还是每一个普通人都能享受的技术进步。

小米走得相对更远,不过从实际产品来看其他厂商有可能在数个月内达成相似的体验,全行业似乎又回到了同一起跑线上。接下来才是考验耐力的时刻,如何持续、稳定、平等地为大众提供手机快充,将是构成各品牌全产品线竞争力的重要环节。

Redmi Note 10 Pro 将 67W 快充和 5000mAh 电池,从高端直接下放到千元级别,意味着充电和电池技术都要在大步前进的前提下,不去占到总成本的更多部分。把握平衡会成为厂商们探索极限时并行的另一条路,2021 年小米手机就在兼顾充电体验同时做到轻薄化,让不少人深有体会。

充电时间进入十分钟内以后,手机有线充电接下来还能有多快?无线充电又能怎样带来不止于速度的改观?我们可以静待更多好戏上演。

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关键词:小米电池

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