智能手机锂电池的双电芯的充电原理跟设计

为了提高智能手机的续航表现，越来越多的手机开端引进双电芯规划，然后获得了足以媲美独显轻浮本的65W充电功率，而双电芯也是当时手机圈全面打破100W超快闪充技能的先决条件，将15分钟充满4000mAh电池的梦想照进了现实。

iPhoneX采用了由4.93Wh+5.52Wh两块电芯并联而成的L型电池模组

那么，双电芯就必定是手机电池的发展趋势吗？和传统的单电芯比较，这种结构的电池体系还有什么优缺点？

朴素的双电芯规划

在很多人的潜意识中，智能手机里边不都是一块电池吗？仅仅它的形状有长有方、容量有大有小而已。

实践上，手机圈早就点亮了双电池的“科技树”，比方2012年夏新就曾推出过声称“永不断电”的N808，打开这款手机的后盖能够看到1630mAh和900mAh两种规格的电池，手机体系可一起显示这两块电池的电量，用户能够在手机开机的情况下替换其间恣意一块电池，然后完成手机永不断电的目标。

咱们都知道电池容量越大，智能手机的续航就越长久。

但是，在电池材料技能没有打破的情况下，它在单位体积内的能量密度和充电倍率是存在上限的，轻率添加容量再叠加时下盛行的快充技能存在极大的安全隐患。

因而，一些主打大电池长续航的手机也引进了双电芯理念，比方金立在2015年~2017年推出的M5/M6Plus和M2017就别离内置6020mAh和7000mAh电池，它们别离是由2块3010mAh和3500mAh的电芯并联而成，并辅以双充电IC完成了安全且快速的充电能力。

苹果也是很早就参加“双电芯列车”的手机品牌，它在2017年发布的iPhoneX采用了双层堆叠主板，节省出了一小块内部空间。为了将这部分空间利用上，苹果定制了由两块电芯拼接而成的L型电池，空间利用率到达了极致。需求留意的是，苹果后期部分类型尽管保留了L型电池，但有些依旧是双电芯结构，有些则是单电芯结构的L型异形电池，跟着异形电池封装技能的老练，苹果很可能会取消经典的双电芯规划。

iPhone11系列手机的X光照，电池结构一览无余

究其原因，苹果和前面说到的双电池手机在理念上便是很“朴素”的（iPhone并不寻求极速的快速充电功率，18W就“够快了”），仅仅单纯为了在有限的空间里塞进更大更多的电池，以容量换续航。

但是，双电芯技能其实还有一个隐藏的杀手锏，那便是能够明显提高充电功率，进一步缩短充电耗时。

那么，双电芯的这套绝学又是怎么完成的呢？

单电芯的物理极限

细心的童鞋应该留意过一个问题，在2019年之前，绝大多数手机品牌的快充技能都保持在18W~30W之间，直到一项名为“电荷泵”技能的呈现才全面打破了40W关口，并一路狂奔到50W（小米10Pro）、55W（iQOO3）、65W（OPPORenoAce、realmeX50Pro5G、黑鲨3）乃至120W（小米10至尊纪念版，vivoSuperFlashCharge120W）和125W（OPPO）。上述产品或快充技能的功率尽管节节攀升，但你又可曾知道，其间有些却是单电芯望而不行及的天花板。

锂电池的理论充电功率

手机内置锂电池的作业电压多在3.3V~4.2V之间（电压会随电量的耗费而逐渐下降），而锂电池安全充电时的输入电压上限约4.5V（太高会产生过充导致电池报废）。

一起，锂电池对充电电流（单位为mA）也存在约束，近些年手机领域的锂电池视规划和品质差异，其充电电流遍及会被控制到0.5倍~1.5倍的电池放电电流，如果是1倍就代表1C的充电倍率（充/放电电流巨细的比率），1.5倍便是1.5C的充电倍率。

假定一款手机内置了1.5C充电倍率的4000mAh电池，充电时电池的输入电流最多为4000mAh×1.5C=6A，再用它乘以之前说到的最大输入安全电压4.5V，终究得到的便是它所支撑的最大充电功率，6A×4.5V=27W。

在现实中，当电源插座内的交流电经过充电器和数据线，输入到手机内部的电池途中，还会被降压、转化电路和内阻耗费部分能量，而这些能量则会以热量的方式表现出来。换句话说，27W也仅仅普通锂电池能够接受的“理论充电功率”，为了防止安全隐患（发热过高），手机实践的充电功率只会更低。

因而，在过去的很长一段时刻里，智能手机最遍及的快充功率多在18W~24W之间，其间还又被细分为“低压高电流”（高通QC、联发科PE、华为FCP和USBPD等）和“高压低电流”（OPPOVOOC和华为SCP等）。那么，现在动辄30W、50W、65W乃至125W快充技能又是怎么打破锂电池的理论充电功率封闭的呢？

首先便是电芯充电倍率的提高。

得益于阵列式极耳结构（MTW）技能，现在手机电芯能够轻松获得5倍~6倍的充电倍率（充/放电电流巨细的比率），以2000mAh电芯为例，它们的充电倍率便是12A÷2000mAh=6C（对应120W左右）和10A÷2000mAh=5C（对应100W左右）。因而，你会发现一切支撑100W以上充电功率的闪充技能都会主打装备“6C”电池。

需求留意的是，6C也不是锂电池的极限，因为不同电子设备，采用锂电池的充电倍率可能有着云泥之别。以无人机航模电池为例，其充电倍率乃至能够到达20C~40C。

电荷泵打破功率封闭

提高充电功率最简单的办法便是进步输入电压和输入电流，但正如前文所述，手机内部的充电IC单元的转化率最高也只有89%左右，根本“扛不住”高电压输入带来的降压耗费发热。此刻，一个名为电荷泵（ChargePump）的技能呈现了，咱们能够将它理解为新一代充电IC，可将转化功率从89%进步到98%，然后大幅下降了手机高压充电时的发热问题，一起它还具备能将电压折半的一起电流增倍的天分技能，结合更高充电倍率的电池，就能完成充电功率的跨过。

以华为主打的40WSuperCharge快充技能为例，其背面的秘密便是电荷泵。原装充电器支撑10V/4A（40W）输出，当10V的输出电压和4A的输出电流经过USBType-C接口送进手机后，手机内部的电荷泵就开端作业了，它能将电芯的充电电压降到5V，一起还将充电电流从4A提高到8A，终究在手机内部营造出了一个5V/8A低压大电流的充电环境。

总归，从小米9开端的27W快充、第一代iQOO主打的44W快充，以及其他超越27W的快充技能，简直都是得益于电荷泵在背面的推动才终究走向商业化量产的。

电荷泵也有天花板

2020年初，50W成为了新一代旗舰手机快充技能的基准功率，它能将4000mAh容量电池的充电耗时缩短到45分钟左右。惋惜，这个等级的充电功率根本便是单电芯结构电池的物理极限了。

小米10Pro发布时雷军曾做过科普，称“在电池体积不变的前提下，需求平衡好充电功率和电池容量的联系。充电功率越高，电池密度下降越快。比方30W闪充提高到50W，电池容量就少了5%。如果要把充电功率进一步提高，单电芯就搞不定了”。为此，小米10Pro内置了一块搭载MMT技能的4500mAh定制条形电池，并支撑50W（10V/5A）疾速闪充，声称是单电芯所支撑充电功率的极致。

但是，没过几天这个极致记录就被打破了。iQOO3相同采用单电芯规划，而其主打的SuperFlashCharge则支撑最高55W（11V/5A）快充。这款手机打破纪录的关键，是iQOO3采用更新一代的双路分离式IC规划（内置两个电荷泵IC，iQOO在2019年主打的44W快充也采用了相似的双IC规划），比单电荷泵IC的转化功率更高，发热更低，在充电的过程中能够保持“更长时刻”的峰值充电功率。

之所以着重“更长时刻”，是因为手机快充技能的标称功率仅仅理论层面的最高峰值功率，在实践的充电过程中，最高功率往往很难到达这个数值，而且当电池电量或温度到达某个阈值时，充电功率会逐渐下降。手机厂商能够根据电池的体质，以及对自家快充技能的自傲程度对这些阈值进行微调。因而，现实中才会呈现30W快充尽管在前20分钟没有40W快充快，但彻底充满电的耗时却更短的怪现象。

双电芯让功率打破天际

尽管iQOO3让单电芯的快充峰值功率勉强到达了55W，但在竞赛日益激烈的手机市场，55W就够了吗？答案自然是否定的，所以咱们才会看到现已下嫁到2000元价位的65W快充（realmeX7），以及即将全面商业化的120W~125W极速闪充。仅仅，这种更高充电功率的价值，便是有必要将电池一分为二。

双电芯的充电原理

OPPO在2018年推出的FindX和R17Pro手机主打的50WSuperVOOC闪充（10V/5A），其背面的秘密便是采用了电荷泵IC以及双电芯串联的电池模组，充电时能够让每块电芯都以25W（5V/5A）功率输入，完成了充电功率翻倍的目的。OPPO在2019年发布RenoAce时还带来了65WSuperVOOC2.0闪充（10V/6.5A），相同是双电芯串联，仅仅每个电芯都能一起以32.5W（5V/6.5A）功率输入，充电耗时更短。

前文说到的一切65W以更高功率的快充技能，都采用了双电芯串联的电池模组，它们处理了单电芯计划无法长时刻保持峰值充电功率，后期有必要降速保护电池的缺陷。在安全性上，相一起刻充满两块电芯的危险也要远远低于充满一块两倍容量单电芯的危险。

同理，现在一切主打破百充电功率的闪充计划，也会采用多颗电荷泵并联的规划，提高整套降压电路的转化功率。比方vivo主打的120W超快闪充就延续了两颗电荷泵充电IC的规划，每个电荷泵转化20V/3A大约60W的功率。

而OPPO新一代125W超级闪充更是采用了并联三电荷泵计划，将充电头传输过来的20V/6.25A经过三电荷泵降压转化成10V/12.5A进入电池（两个电芯平均分配5V/12.5A），每个电荷泵只需转化20V/2.1A大约42W左右的功率，有效地防止了大电流造成的电荷泵过载、过热。

小米10至尊纪念版采用了全新的4：2大功率充电架构，经过将大电流分解为双路小电流充电，不只下降充电通路的阻抗，一起还提高了整体的转化功率。在两条充电通路上别离搭载超高效的定制电荷泵充电芯片，组成双电荷泵并联架构。其间，两颗转化功率高达98.5%定制电荷泵，不只使充电转化率更高，充电的稳定性也大幅度提高。在120W大功率充电过程中，将两路20V3A的高电压电流转化为两路10V6A的低电压电流，终究汇流成10V12A的大电流输入电池。

双电芯的后遗症

问题来了，两个电芯串联会导致电压翻倍，而手机锂电池的正常输出电压（为手机内各元器件供电）应该是5V左右，因而这种电池模组还需求专门的降压电路将串联双电芯的输出电压折半。这个剩余的步骤，势必会添加能量的耗费，对续航造成必定的影响，哪怕这个降压电路引进了电荷泵技能也难以100%消除。

为此，黑鲨3系列手机曾供给了另一种处理思路，那便是“串充并放双电池体系”。简单来说，便是当黑鲨3的电源管理体系检测到有原装充电器插入时（需触发65W快充协议），双电芯模组以串联的模式充电，每个电芯一起享用32.5W（5V/6.5A）的充电功率。在其他状态下，黑鲨3的电源管理体系会将双电芯模组切换到并联的模式放电，此刻无需专门的降压电路，内阻更低，效果等同于让电池释放出更多的电量。

小结

跟着未来更多旗舰手机列装65W、120W或更高功率的快充技能，双电芯规划也将逐渐走向老练。