OPPO閃充開放日　MC帶你探索新一代充電技術(shù)

黃兵

“充電五分鐘，通話兩小時(shí)”，這句廣告詞對于很多人來說都不陌生，簡潔明了的含義讓用戶記住了OPPO。也正是這句廣告詞，讓OPPO成為不少消費(fèi)者心目中引領(lǐng)快速充電時(shí)代的先鋒。2021年7月22日，OPPO在重慶智能生態(tài)科技園（OPPO工廠）舉辦了一場“不止于快——OPPO閃充開放日”活動，MC也受邀參加。接下來我們將帶大家了解OPPO在閃充技術(shù)上的最新技術(shù)成果。

不斷進(jìn)化的閃充

2014年，OPPO率先推出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的VOOC閃充技術(shù)，該技術(shù)采用了低壓大電流直充方案，并在Find 7機(jī)型上率先搭載。相比當(dāng)時(shí)眾多還在使用“五福一安”（5V/1A）充電的手機(jī)，OPPO的產(chǎn)品已達(dá)到領(lǐng)先水平。同年，VOOC mini在N3和R5上實(shí)現(xiàn)了適配器體積縮小，以及適配器與線材分離的設(shè)計(jì)。

2018年，OPPO在閃充的基礎(chǔ)上還推出了升級版——超級閃充。OPPO Find X超級閃充版和OPPO Find X蘭博基尼版首發(fā)搭載50W超級閃充，可在35分鐘內(nèi)充滿一臺3400mAh電池的手機(jī)。

2019年，OPPO Reno系列首次搭載了VOOC 3.0閃充技術(shù)，將技術(shù)再度升級，采用了全新的VFC算法，通過改進(jìn)涓流充電，讓涓流充電速度提升200%，可大幅縮短最后10%的充電時(shí)間。同年9月，30W功率的VOOC 4.0閃充技術(shù)發(fā)布。該技術(shù)能夠在30分鐘將4000mAh容量電池充至67%，73分鐘充至100%，充電時(shí)間比上一代技術(shù)縮短了12%。同年，OPPO還發(fā)布了65W的超級閃充，可在30分鐘內(nèi)充滿一臺4000mAh電池的手機(jī)。

2020年7月，OPPO正式推出125W超級閃充，再次刷新手機(jī)快充速度記錄，5分鐘可將等效4000mAh電池能量充至41%，20分鐘即可充滿。

前面這些都是有線版的閃充和超級閃充，OPPO還推出了無線版閃充技術(shù)。

2012年，在OPPO Finder上，OPPO推出了無線充電套件，包含充電底座和保護(hù)套兩部分。該套件采用Ti的無線充電芯片，符合WPC無線充電標(biāo)準(zhǔn)，這也是無線閃充的雛形。

2019年，30W無線VOOC閃充技術(shù)正式發(fā)布，OPPa首次將VOOC閃充以“無線”方式呈現(xiàn)，無線VOOC閃充兼容Qi標(biāo)準(zhǔn);

2020年，OPPO正式推出40W AirVOOC無線閃充技術(shù)，解決無線充電效率低的問題，并在OPPO Ace2機(jī)型上搭載。同年7月，AirVOOC無線閃充再次升級，功率達(dá)到了65W，5分鐘可將等效4000mAh電池充至25%，30分鐘即可充滿。

不只是快，還要安全

我們知道，充電是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，這涉及充電器、充電線、電池等各個(gè)部件的協(xié)同。目前充電速度已經(jīng)非?？炝?，那么如何在快的同時(shí)提升安全性呢？畢竟手機(jī)在充電時(shí)爆炸、自燃的案例不在少數(shù)。在開放日現(xiàn)場，OPPO VOOC閃充首席科學(xué)家張加亮和OPPO閃充團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人田晨從多個(gè)技術(shù)層面講解了VOOC閃充的安全設(shè)計(jì)。

為了確保手機(jī)充電安全，OPPO在熔絲、電子開關(guān)、電芯、電池芯片檢測、電池安全五個(gè)方面進(jìn)行了技術(shù)強(qiáng)化。

低阻抗熔絲

在日常生活中，像家用電表、汽車點(diǎn)煙器中都會有熔絲，我們又稱為保險(xiǎn)絲，它的作用是能夠在電流過大或出現(xiàn)其他異常時(shí)立刻熔斷，從物理層面斷絕電流的輸入，保證電池安全。但熔絲串聯(lián)在充電電路中，其阻抗的大小直接影響充電過程中的發(fā)熱程度。OPPO在手機(jī)端也內(nèi)置了熔絲保護(hù)機(jī)制，采用的新一代熔絲內(nèi)阻值是此前的一半，性能提升一倍，能夠顯著提升局部的效率，進(jìn)一步提升充電安全性。

首次加入氮化鎵電子開關(guān)

在手機(jī)充電系統(tǒng)中，會用到電子開關(guān)，又稱之為MOSFET，主要起安全防護(hù)作用，目前市面上大部分手機(jī)都是采用的硅MOSFET。OPPO首次將低壓氮化鎵應(yīng)用在手機(jī)內(nèi)部，以氮化鎵MOSFET的方式取代手機(jī)充電電路里的硅MOSFET。關(guān)于氮化鎵，MC之前做過技術(shù)文章進(jìn)行解讀。簡單來說，氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體，有更高的禁帶寬度，并擁有低阻抗、低結(jié)電容、高可靠性等優(yōu)勢。目前，行業(yè)常見的是高壓氮化鎵，主要應(yīng)用于充電適配器、通信基站、激光雷達(dá)等高壓電路中。由于氮化鎵成本較高，所以市售的氮化鎵充電器價(jià)格都比普通的充電器更貴。

由于閃充通路需要雙向關(guān)斷，但是硅MOSFET內(nèi)有寄生二極管，也就要用兩顆“背靠背”的硅MOSFET才可以實(shí)現(xiàn)該功能。但是兩顆硅MOSFET就會導(dǎo)致體積大，阻抗也會翻倍。換成了氮化鎵MOSFET之后，則可以用一顆氮化鎵MOSFE玳替兩顆硅MOSFET，從而讓體積更小，不僅減少手機(jī)主板面積，而且其阻抗比單顆硅MOSFET還要低，并可以降低在MOSFET上的發(fā)熱和充電溫升，提升充電效率。此外，氮化鎵MOSFET同等的內(nèi)阻下耐壓性能更高，耐壓比硅MOSFET更好，因此會有更好的安全保護(hù)能力和可靠性。

內(nèi)串雙電芯提升電池容量

只有當(dāng)充電速度和充電容量同時(shí)提升，才能解決人們的“電量焦慮”。OPPO為了在有限的空間內(nèi)提升電池容量，它采用了內(nèi)串雙電芯設(shè)計(jì)，在保持雙電芯所有安全性能的同時(shí)，內(nèi)串的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以同比提升至少5%的容量。比如4500mAh的電池容量可提升至4750mAh以上。那么這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？它通過在一個(gè)電池包中裝入了兩個(gè)電芯，引入一層特殊的高分子材料在電池內(nèi)部將兩個(gè)電池分開獨(dú)立工作互不干擾，這樣看起來就跟原來的單電芯電池沒有什么區(qū)別，但可以在外部對它進(jìn)行串聯(lián)后使電壓加倍。

內(nèi)置電池安全監(jiān)測芯片

為了提前發(fā)現(xiàn)電池可能存在的安全隱患，OPPO研發(fā)了一顆電池安全監(jiān)測芯片。電池安全監(jiān)測芯片在手機(jī)里面充當(dāng)偵探的角色，當(dāng)電池受到損傷的瞬間，由于正負(fù)極短路，電池的電壓會出現(xiàn)降低的情形，而電池安全監(jiān)測芯片可以通過讀取電壓降低的數(shù)據(jù)來判斷電池是否受到損傷。不過導(dǎo)致電壓降低的因素還有脈沖大負(fù)載，或者充電器突然被拔掉后也會導(dǎo)致電壓瞬間降低，這就要提到另外一套監(jiān)測方案——AI算法。通過AI算法來進(jìn)行復(fù)雜場景的識別，在排除誤觸場景后如果檢測到電池受損，會給用戶“電池狀態(tài)異?！钡奶崾荆ㄗh更換或維修電池。如果電池?fù)p壞比較嚴(yán)重，那么安全監(jiān)測芯片還能直接給電源管理芯片發(fā)出信號，直接切斷電流輸入，以阻止安全隱患進(jìn)一步擴(kuò)大。

換裝夾心式安全電池

傳統(tǒng)的手機(jī)鋰電池由正極、負(fù)極、隔離膜組成，鋰離子在正負(fù)極間進(jìn)行穿梭從而就有了充電和放電的動作。普通鋰電池的正極是由活性物質(zhì)（對充放電產(chǎn)生效果的部分）與承載活性物質(zhì)的集流體鋁箔組成。鋰電池的“脾氣”比較火爆，稍微管理不善，就可能出現(xiàn)爆炸、起火的現(xiàn)象。如果只是通過軟硬件系統(tǒng)，去提前發(fā)現(xiàn)電池可能出現(xiàn)的問題還不夠，這還需要通過改變電池的結(jié)構(gòu)從而提升安全性。OPPO將電池正極的鋁箔替換成三層復(fù)合集流體，于是就有了夾心式安全電池。

OPPO在夾心式安全電池中，用一層新型復(fù)合材料作為基體，然后采用特殊的工藝鍍上兩層鋁層形成一個(gè)“三明治”夾心結(jié)構(gòu)的復(fù)合集流體。為了進(jìn)一步提升安全保障，在這個(gè)復(fù)合集流體兩面各涂覆一層安全保護(hù)層，形成最終的五層安全保護(hù)結(jié)構(gòu)。

復(fù)合集流體擁有更好的延展性，同時(shí)大幅度降低了鋁的使用，當(dāng)電池受到外力破壞時(shí)，可大幅度降低內(nèi)部短路的概率，而且夾心結(jié)構(gòu)中的復(fù)合材料將正極與負(fù)極之間進(jìn)行隔絕，最大程度上阻隔了外力損壞發(fā)生時(shí)電池內(nèi)部的短路引發(fā)的安全問題，從源頭解決電池安全的隱患。值得一提的是，夾心式安全電池技術(shù)不限定電池體系、容量大小、充電速度，未來可以適用于開發(fā)的所有電池產(chǎn)品。在開放日現(xiàn)場，OPPO播放了一段來自實(shí)驗(yàn)室的對比測試視頻，其中夾心式安全電池可以做到100%通過針刺與重物沖擊實(shí)驗(yàn)。

智能化充電，實(shí)時(shí)獲取負(fù)極電勢

我們在日常生活中使用手機(jī)時(shí)，會遇到電池越來越不耐用和充電速度越來越慢的問題，這其中的原因大都與電池老化衰減有關(guān)。電池和人_樣，也會隨著使用時(shí)間發(fā)生電池材料結(jié)構(gòu)的破壞、電解液消耗、析鋰、副反應(yīng)的發(fā)生等問題，導(dǎo)致容量不斷衰減。

手機(jī)充放電行為是由鋰離子在正負(fù)極間不斷進(jìn)行穿梭而形成的，如果其中的活性鋰離子脫出正極不再回到負(fù)極時(shí)就變成了死鋰，電池的容量自然就會變少，所以這就需要盡可能維持多的活性鋰離子，也就是讓從正極出來的鋰離子全部能進(jìn)入到負(fù)極。業(yè)界認(rèn)為負(fù)極電勢的大小是影響活性鋰多少的關(guān)鍵因素之一，所以如何監(jiān)測并控制負(fù)極電勢成為關(guān)鍵。

目前一般檢測負(fù)極電勢的方式通常使用的是三電極，除了正負(fù)極外，在電池內(nèi)部再使用一個(gè)電極進(jìn)行負(fù)極電壓的測量。不過這在實(shí)際應(yīng)用中比較困難，因?yàn)殡姵貎?nèi)部就像是一個(gè)黑盒，行業(yè)中暫時(shí)都還沒有應(yīng)用實(shí)時(shí)獲取負(fù)極電勢的方式。

不過OPPO現(xiàn)在已經(jīng)掌握了一種方法能夠動態(tài)實(shí)時(shí)獲取并跟蹤應(yīng)用于手機(jī)中的電池負(fù)極電勢，進(jìn)而將其控制在比較合理的范圍內(nèi)，然后智能動態(tài)調(diào)控充電電流保持最大化。同時(shí)，盡量減少死鋰的出現(xiàn)，讓正極出去的鋰離子全部進(jìn)入負(fù)極，來延緩電池的老化以及提升充電速度。由于涉及相關(guān)技術(shù)專利，OPPO相關(guān)負(fù)責(zé)人并沒有透露是通過什么方式控制負(fù)極電勢。

另外，OPPO在提升電池壽命、充電速度、溫度控制等方面進(jìn)行了優(yōu)化。比如在很多時(shí)候，手機(jī)會處于邊用邊充電的狀態(tài)。OPPO通過實(shí)現(xiàn)智能溫控，使充電速度和溫升達(dá)到平衡。既能保證良好的握持感，又能達(dá)到盡量快的充電速度。通過在手機(jī)內(nèi)部設(shè)置大量的傳感器，來監(jiān)測手機(jī)內(nèi)部的溫升情況。這是基于大數(shù)據(jù)來測算不同應(yīng)用情況下主板的發(fā)熱情況，通過殼溫?cái)M合預(yù)測得出外殼溫度。進(jìn)而設(shè)定相應(yīng)溫度閾值，智能計(jì)算出最佳體驗(yàn)的充電功率，使速度和溫升達(dá)到平衡。

值得一提的是，OPPO在充電器的體積上也在不斷優(yōu)化，打造“餅干”超閃充電器。通過取消輸入端的電解電容，采用航空級鉗位二極管和高頻平板變壓器，并搭配脈沖充電，實(shí)現(xiàn)最大50W充電功率的同時(shí)，可將充電器的重量降至60g，功率密度達(dá)到2.41W/cm³（不合插腳），相比上一代超閃充電器提升了290%。可輕松裝在襯衫、外套口袋以及手包等位置，讓通勤、出差無負(fù)擔(dān)。

同時(shí)OPPO還在超低溫環(huán)境下充電進(jìn)行積極探索。獨(dú)有的極低溫充電技術(shù)能夠讓電池在充電前提前熱起來，在20℃的極限低溫下，幾十秒鐘內(nèi)電池溫度即可升至100℃以上，隨后就可開啟正常的充電速度。

寫在最后

雖然目前的技術(shù)還無法在降低電池體積的情況下大幅增加電池容量，但是通過快充的方式間接提升用戶的充電體驗(yàn)。很顯然，OPPO在充電方面一直處于領(lǐng)先地位，目前已經(jīng)授權(quán)給40多家合作伙伴使用VOOC閃充，正如OPPO VOOC閃充首席科學(xué)家張加亮所說：“不論消費(fèi)者選擇有線或無線充電的方式，VOOC閃充系列技術(shù)都能滿足人們對快速充電的多樣需求，甚至在極端的環(huán)境條件下也不例外?！?/p>