高速充电技术介绍
一、电池的发展历史
电池的发展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明。至1883年发明了氧化银电池。1888年实
现了电池的商品化，1899年发明了镍-镉电池，1901年发明了镍-铁电池，进入20世纪后。电池理论和技术处于一度
停滞时期。
但在第二次世界大战之后。电池技术又进入高速发展时期。
首先是为了适应重负荷用途的须要，发展了
碱性锌锰电池。1951年实现了镍-镉电池的密封化。
1958年Harris提出了採用有机电解液作为锂一次电池的电解质，
20世纪70年代初期便实现了军用和民用。随后基于环保考虑。研究重点转向蓄电池。
镍-镉电池在20世纪初实现商
品化以后，在20世纪80年代得到迅速发展。
随着人们环保意识的日益添加。铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制。因此须要寻找新的可取代传统铅酸电
池和镍-镉电池的可充电电池。锂离子电池自然成为有力的候选者之中的一个。1990年前后发明了锂离子电池。1991年锂
离子电池实现商品化。
1995年发明了聚合物锂离子电池。（採用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质）1999年開始商
品化 。
二、锂离子电池的优缺点
1. 长处
a. 高能量密度
锂离子电池的重量是同样容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的20-30%。镍氢的35-50%。
b. 高电压
一个锂离子电池单体的工作电压为3.7V(平均值)，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池循环寿命高
c. 循环寿命高
在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次。磷酸亚铁锂（下面称磷铁）则能够达到2000次。
d. 无记忆效应
记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量降低的现象。
锂离子电池不存在这样的效应。
e. 高低温适应性强
能够在-20℃--60℃的环境下使用，经过工艺上的处理，能够在-45℃环境下使用
2. 缺点
a. 锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危急高电压
b. 钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，价格昂贵。安全性较差
c. 锂离子电池均需保护线路。防止电池被过充过放电
d. 生产要求条件高，成本高
e. 使用条件有限制。高低温使用危急大
三、锂电池的充电原理
锂离子电池的充电过程能够分为三个阶段：涓流充电（低压预充）、恒流充电、恒压充电。
锂电池的充电方式是限压恒流，都是由IC芯片控制的，典型的充电方式是：先检測待充电电池的电压，假设电
压低于3V，要先进行预充电。充电电流为设定电流的1/10。电压升到3V后，进入标准充电过程。
标准充电过程为：
以设定电流进行恒流充电。电池电压升到4.20V时，改为恒压充电，保持充电电压为 4.20V。
此时，充电电流逐渐下
降。当电流下降至设定充电电流的1/10时，充电结束。
下图为充电曲线：
下图为锂电池充电的三个阶段：
阶段1：涓流充电
涓流充电用来先对全然放电的电池单元进行预充(恢复性充电)。在电池电压低于3V左右时採用涓流充电，
涓流充电电流是恒流充电电流的十分之中的一个即0.1c(以恒定充电电流为1A举例，则涓流充电电流为100mA)
阶段2：恒流充电
当电池电压上升到涓流充电阈值以上时。提高充电电流进行恒流充电。
恒流充电的电流在0.2C至 1.0C之
间。电池电压随着恒流充电过程逐步升高,一般单节电池设定的此电压为3.0-4.2V.
阶段3：恒压充电
当电池电压上升到4.2V时。恒流充电结束。開始恒压充电阶段。电流依据电芯的饱和程度，随着充电过程
的继续充电电流由最大值慢慢降低，当减小到0.01C时。觉得充电终止。（C是以电池标称容量对比电流的一种
表示方法。如电池是1000mAh的容量。1C就是充电电流1000mA。）
四、锂电池的高速充电技术
► BC1.2规范颁布之前
在2007年第一个电池充电规范颁布之前，尝试为电池充电本质上是一种冒险——结果很难以预測。当2000年
出现USB 2.0时，外设默认吸收100mA电流。除非明白协商将电流增大至最高500mA。假设总线上经过一段延迟后
没有数据活动，总线将进入“挂起”模式，将同意吸收电流限制到2.5mA。假设便携设备的电池全然耗尽。尝试利
用标准port进行充电时，则仅仅能可靠吸收2.5mA电流！
实际上，很多电子设备制造商并不严格遵守USB 2.0规范，在其提供的USBport中不採用这些电流限值。
有些
（大多数）USBport不管枚举还是持续活动都同意100mA电流；有些port甚至提供500mA电流。而不考虑必要的功
率协商。有些便携设备的应用要求超过100mA的电流，并错误如果USBport总是可以提供500mA电流。
► BC1.2规范的推出
电池充电并非USB的原始特性。因此，在BC1.2颁布之前。官方并未就为关断设备的电池充电做出不论什么规
定。通过建立清晰的USBport供电能力沟通方法，BC1.2规范改进了当中很多问题。
BC1.2规范简要规定了三种不同类型的USBport和两种关键对象。“充电”port是可提供500mA以上电流的端
口；“下行”port依照USB 2.0规范数据传输。
BC1.2规范也确定了每一个port应怎样向终端设备枚举，以及识别应用
port类型的协议。
三种USB BC1.2port类型为SDP、DCP和CDP 。
► BC1.2的三种port
● 标准下行port（SDP）
这样的port的D+和D-线上具有15kΩ下拉电阻。限流值如上讨论：挂起时为2.5mA，连接时为100mA，连接并配置
为较高功率时为500mA。
● 专用充电port（DCP）
这样的port不支持不论什么传输数据，但可以提供1.5A以上的电流。
port的D+和D-线之间短路。
这样的类型的port支持
较高充电能力的墙上充电器和车载充电器，无需枚举。
● 充电下行port（CDP）
这样的port既支持大电流充电，也支持全然兼容USB 2.0的传输数据。port具有D+和D-通信所必需的15kΩ下拉电
阻。也具有充电器检測阶段切换的内部电路。
内部电路同意便携设备将CDP与其他类型port区分开来。
► 充电过程剖析
从物理计算公式上来说。功率(P)=电压(U)x电流(I)。在电池电量一定的情况，功率标志着充电速度，我们能够通
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，假设增大电压，产生热能，所以充电时，充电器会发热，手机也会发热。并且这样功耗越大，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，添加电流。能够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，在手机中也进行相同处理的话，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：
这样的方式同一时候增大电流与电压，这样由之前的公式P=UI, 我们能够知道的是。这样的方式是增大功率最好的
办法，但增大电压的同一时候会产生很多其它的热能。这样当中所消耗的能量也是越多。而且电压与电流不是无限制的
任意增大。
► VOOC闪充
1. 什么是VOOC闪充？
VOOC闪充是OPPO独立自主研发的高速充电技术。并申请16项专利，将最快充电速度提升了4倍以上。
并有无懈可击的智能全端式五级防护。是全世界最快最安全的手机充电技术。
VOOC闪充在OPPO Find 7上领先使用。
作为採用3000毫安电池的OPPO Find 7，採用VOOC闪充时。充
电5分钟就可以打电话2个小时，30分钟手机电量可直接充到75%。
VOOC闪充须要定制的适配器和电池搭配下使用。
OPPO定制了专门的适配器、电池、数据线、电路、接
口，并首次在适配器中增加MCU智能芯片；这也就让VOOC闪充使用的适配器成为首个能够升级的智能充电
器。
在此基础上。OPPO深度研发了智能全端式五级防护技术。
2. VOOC闪充的实现原理
上面提到了缩短充电时间的三种方式，OPPO选择了另外一种方式。
通过提高充电电流来缩短电池的充电时
间。
充电时，假设电流太大，会引起电池的发热量大幅添加。为了减小电池的发热量，OPPO将一块电池分成
了几个小块的充电单元。每一个充电单元单独提供电流充电，因此实际上是通过分流充电实现大电流充电的。这
种方式在须要硬件上的支持。包含电池电芯、连接线和充电器的定制。
以下这张图对实现原理有非常形象的描写叙述：
OPPO向上游供应商定制了全套的IC器件。
第一次使用MCU单片微型计算机来代替传统充电电路中的降
压电路。智能的MCU管理芯片能够自己主动识别当前充电设备是否支持VOOC闪充。
假设支持。将会分段横流的
实现阶段性电流的输出;假设检測到不支持，会自己主动使用稳定充电电流实现慢速充电。
专门定制电路、电芯(8触点)、7Pin接口、数据线，配以智能MCU芯片的适配器。与手机连接后就可以自己主动
调节电流电压，输出电流高达4.5A。充电速度足足提升4倍。
Find 7轻装版标配闪充电池容量为2800毫安。官
方透露，充电5分钟就能打两小时电话，30分钟可直接飙到75%。
3. VOOC闪充的安全性和兼容性
● 安全性
VOOC闪充有五级安全保护措施，首次将充电安全指数由PPM（百万分之中的一个）提升至航天充电安全级别
DPM（十亿分之中的一个）。
第一级: 适配器过载保护
第二级: VOOC高速充电条件推断
第三级: port过载保护
第四级: 电池过载保护
第五级: 电池熔断器保护
● 兼容性
因为VOOC闪充技术是属于OPPO独家的技术。眼下仅仅有Find 7才干使用这个技术，因此没有对其它厂家的
平台进行兼容。硬件接口定制的，连接线採用7pin，不同于mico USB接口的4pin，没有遵循BC1.2的规范。
► Quick Charge 2.0
1. 什么是Quick Charge2.0？
前面已经讨论过，眼下市场上主流的移动设备充电是基于USB接口的一种通用标准（BC1.2）。5V电压，
电流上限是1.8A。那么我们能得到的最大功率就是5V * 1.8A = 9W。那么9W折算到充电电流来讲。最大极限
就是2A左右。显然，对大容量电池来说，这个充电效率是不够的。由于USB连接线有阻抗的原因，充电电流
不能被设置太大。因此想提高充电功率就仅仅能提高充电电压了。
基于以上考虑，高通推出了在Quick Charge v2.0。该方案中，能够将电源适配器提到为5V、9V、12V三
种电压，通过提高电压的方式。让电源适配器可以提供很多其它的电量给到移动终端。
2. Quick Charge2.0的实现方式
在Quick Charge v2.0中。电源适配器5V输出到主板。主板上的充电电路得到5V电压。会对电池进行充
电，在USB D+、D-线上，会有一个BC1.2的握手，除此之外没有很多其它额外的控制引脚和接口。全部的控制还
是执行在USB的D+、D-信号线上的。而且它是兼容BC1.2的。
除此之外，在BC1.2的基础上，Quick Charge v2.0的电路会再推断一次，电源是否支持Quick Charge2.0。
假设电源支持，终端再请求电源适配器提供更高的电压。
这一系列的握手，都是建立在BC1.2标准基础之上
的。所以v2.0也是充分向前兼容的。
在终端主板端，也提供了片上和独立的switching charger方案供OEM厂商
选择。
3. Quick Charge2.0的充电优势
4. Quick Charge2.0的安全性和兼容性
● 安全性
高通的Quick Charge 2.0充电技术。其也是须要在充电器以及手机内部芯片上面做一定的处理。才干实
现。通过芯片电路和接口保护，在安全级别上没有VOOC高速安全系数高。
● 兼容性
随着Qualcomm在市面上全面推广Quick Charge技术，未来在市面上使用Quick Charge技术的移动终端
会越来越多。支持Quick Charge v2.0的移动终端，使用普通的USB 5V电源适配器，也能够工作。支持不同
电压的v2.0的电源适配器。也能够给其它普通终端充电。採用Quick Charge技术的设备，向下的兼容性是没
有不论什么问题的。传统手机和电源适配器，也向下兼容Quick Charge的设备。
此外，Quick Charge2.0是兼容BC1.2规范的。
