能在1～5h內(nèi)使蓄電池達到或接近完全充電狀態(tài)的一種充電方法。常用于牽引用蓄電池需要在較短時間內(nèi)恢復(fù)完全充電狀態(tài)時的充電。蓄電池的正常充電耗時約10～20h，如何能快速充電而不損害蓄電池的性能和壽命，是人們關(guān)注的熱門研究課題。

電路特點

1、輸出電壓設(shè)定好后（例如36V），若被充電瓶極板脫落斷開，造成某組電池不通，或出現(xiàn)短路，則電瓶端電壓［1］即降低或為零，這時充電器將無輸出電流。

電動車快速充電站

2、若被充電瓶電壓偏離設(shè)定電壓，如設(shè)定電壓為36V，誤接24V、12V、6V電瓶等，充電器也無輸出電流，若設(shè)定為24V誤接為36V電瓶，由于充電器輸出電壓低于電瓶電壓，因而也不能向電瓶充電。2、充電器兩輸出端若短路時，由于充電器中可控硅SCR的觸發(fā)電路不能工作，因而可控硅不導(dǎo)通，輸出電流為零。

3、若使用時誤將電瓶正負極接反，則可控硅觸發(fā)電路反向截止，無觸發(fā)信號，可控硅不導(dǎo)通，輸出電流為零。

4、采用脈沖充電，有利于延長電瓶壽命。由于低壓交流電經(jīng)全波整流后是脈動直流，只有當其波峰電壓大于電瓶電壓時，可控硅才會導(dǎo)通，而當脈動直流電壓處于波谷區(qū)時，可控硅反偏截止，停止向電瓶充電，因而流過電瓶的是脈動直流電。

5、快速充電，充滿自停。由于剛開始充電時電瓶兩端電壓較低，因而充電電流較大。當電瓶即將充足時（36V電瓶端電壓可達44V），由于充電電壓越來越接近脈動直流輸出電壓的波峰值，則充電電流也會越來越小，自動變?yōu)殇噶鞒潆姟．旊娖績啥穗妷罕怀涞秸鬏敵龅牟ǚ遄畲笾禃r，充電過程停止。經(jīng)試驗，三節(jié)電動車蓄電池36V（12V/12Ah三節(jié)串聯(lián)），用該充電器只需幾個小時即可充滿。

6、電路簡單、易于制作，幾乎不用維護及維修。

快充技術(shù)的原理及應(yīng)用

一般來說手機的電力耗盡，充滿電的時間約在3小時以上，其實時間已經(jīng)不算長了，但若是有急用的人就會覺得這段時間相當漫長，以前的解決方式是隨身攜帶行動電源，在沒電時直接接上充電即可；不過現(xiàn)在發(fā)展出快充技術(shù)，只需要30分鐘就能充滿一半以上的電量，大幅縮短充電時間。到底何謂快充技術(shù)？目前已有哪些快充技術(shù)？本篇文章將一一解析快充技術(shù)的原理及應(yīng)用。

認識手機電池

在介紹快充技術(shù)之前，先來認識一下讓手機能正常使用的電池，手機電池在眾多的電池種類中屬于可重復(fù)充放電的鋰離子電池，也被稱為二次電池，雖然一般人常將鋰離子電池直接以鋰電池稱之，但實際上鋰電池指的是不可重復(fù)充放電的一次性電池，兩者的性質(zhì)完全不同。

鋰電池（LithiumBattery）以鋰金屬或鋰合金為負極材料并使用非水電解質(zhì)溶液，由愛迪生所發(fā)明，之后人們利用不同的材料去制造出多種電池，也被廣泛地應(yīng)用在電子產(chǎn)品上。鋰離子電池（Lithium-ionbattery）是靠鋰離子在正負極之間的移動來進行充放電，放電時，鋰離子離開負極進入正極而產(chǎn)生電流，充電時鋰離子則反向移動，從正極進入負極還原成可以再度放電的狀態(tài)。

鋰離子電池標示的意義

符合安全標準的鋰離子電池一定會在電池上有著清楚的資訊標示，所以使用者也得要對這些標示有基本的了解，才能看懂它們所要表達的意義。在電池上可能會出現(xiàn)的標示有：A（安培）是電流；V（伏特）是電壓；W（瓦特）是電功率，由電壓與電流的乘積而來；Wh（瓦時）是一個小時內(nèi)電池可釋放出的電量。電池的容量是以Ah（安培小時，簡稱安時）或mAh（毫安時）來表示，其中的h是時間，m代表縮小一千倍的單位，由于手機電池的容量很小，所以用mAh為單位，計算公式為mAh=mA（毫安培）xH（時間）。

舉例來說，一個標示2，000mAh的電池，電流為200mA，意思就是電池的使用時間約10小時，不過實際上電池有自放電損耗的因素存在，電池存放時間長就會影響使用時間，因此電池用盡的時間若少于標示時間屬于正常現(xiàn)象。

▲表面標示Lithium字樣的電池為不可充電的鋰電池，也就是所謂的一次性電池。

▲以圖示的電池來說，容量為2，900mAh，電壓是3.85V，一個小時可釋放出11.2Wh的電量。

▲以這個電池來說，如果想知道它的Wh是多少，可透過公式Wh=VxmAh/1000來計算，因此得出7.2Vx1200mAh/1000=8.64Wh。

手機電池的充電原理

當手機要負擔(dān)的工作增加，表示電池的消耗速度也會變快，本來充飽的電池可能出門一趟沒多久的時間，電量就只剩下一半，雖然現(xiàn)在的手機電池容量愈做愈大，但還是難以抵擋消耗的速度，更別提要將大容量電池充滿電所花費的時間也會成正比延長，急著出門卻發(fā)現(xiàn)手機電池沒充滿的情況也相當常見，因此提升手機的充電速度便是最直接的方式。首先來簡單說明電池的充電原理，一個電池在正常使用的狀況下會耗損電力，這個過程稱之為放電，放電到一定程度后就得透過充電器為手機充電來回復(fù)電力。

電池充電的過程可分成三階段：小電流充電（TrickleCharge，簡稱TC）、定電流充電（ConstantCurrent，簡稱CC）、定電壓充電（ConstantVoltage，簡稱CV）；因為充電器輸出的電壓比電池高，故電流會自高電壓處流向低電壓處，而當電池有過放電現(xiàn)象時，由于電壓偏低，因此必須先用小電流充電至一定的電量后再進入定電流充電模式，這樣會使電池的電壓逐漸上升，升高至一定數(shù)值后則轉(zhuǎn)換成定電壓充電模式，此時的電流會慢慢變小，最后達到充飽電的狀態(tài)。

非技術(shù)性的快速充電技巧

在快速充電技術(shù)尚未發(fā)展前，其實就可以透過一些小技巧來達到快速充電的效果，雖然跟真正的快速充電技術(shù)比起來根本微不足道，但對于有需要的人也算是不無小補。

1.關(guān)機充電：手機在完全沒有損耗電量的情況下能夠加快電池充滿的速度；

2.關(guān)閉不必要的功能：關(guān)閉3G、Wi-Fi、GpS定位、藍牙等功能，或是禁止一些非必要的耗電程式自動運作，就能節(jié)省充電時間；

3.避免在高溫環(huán)境下充電：由于熱度會降低電池的效能，因此最好在室溫狀態(tài)下進行充電。

鋰離子電池的充電迷思

Q：第一次使用的新電池要充電8？12小時后才可以使用？

A：早期的鎳鎘電池和鎳氫電池的確需要充電8？12小時后再使用，不過現(xiàn)在的鋰離子電池則完全無此必要，就算要把電池充滿也只需花費約4小時左右的時間，而電池出廠時都已帶有些許電量，若想把這些電量用至一定程度再進行充電亦可。

Q：電池必須用到完全沒電才可以充電？

A：之所以有這樣的認知是來自于鎳鎘電池和鎳氫電池，這兩種充電電池在電力尚未完全用完就進行充電時會產(chǎn)生記憶效應(yīng)，使電池的容量暫時減少，連帶縮短使用時間，因此這兩種電池必須先經(jīng)過放電才能再次充電。但鋰離子電池沒有記憶效應(yīng)的問題，任何時候都可以充電，若過度放電反而會對電池造成損害，縮短電池壽命。

Q：電池充滿后繼續(xù)充電會對電池造成損害？

A：當手機充完電后繼續(xù)接著充電器，此時的手機是經(jīng)由電源直接供電，減少了電池的充電次數(shù)反而有利于延長電池壽命，但如果是接著電源玩游戲、講電話，就有可能會因此導(dǎo)致手機過熱而對電池造成影響。

▲iphone在電量低于20%時，會跳出視窗提醒使用者該充電了，因為電量過低會損害手機電池。

如何實現(xiàn)快速充電？

充電器輸出的電壓與電流是決定充電效率的兩大關(guān)鍵，每款手機充電器一定都會標示這兩個資訊的數(shù)據(jù)，最常見的組合為5V/1A與5V/2A，兩者相乘得出的數(shù)值就是額定輸出功率（充電器可正常且持續(xù)運作時的功率），在電池容量不變的情況下，輸出功率愈大，充電的速度就會愈快，因此要實現(xiàn)快速充電的方式有三種：其一是電流不變，提升電壓、其二為電壓不變，提高電流，最后則是電壓、電流均提高。

這是否代表只要使用輸出功率較高的非原廠充電器來充電就能達到快速充電的效果呢？其實這個說法是成立的，但這么做有可能會因為功率過高使得電池負荷過度，導(dǎo)致手機電池損壞，甚至使手機過熱而燒壞；不過若在安全的負載范圍內(nèi)更換額定功率更高的充電器，的確是一種實現(xiàn)快速充電的方式。

快速充電會在前面的數(shù)分鐘或數(shù)十分鐘充入大部分電量，之后的充電效率就會明顯下降，但與標準充電方式相比，還是能節(jié)省不少時間。

快速充電的效果

前面提過電池充電的三個階段，不過實際上小電流充電的模式只會存在電池有過放電現(xiàn)象時，所以正常的充電過程主要是定電流和定電壓模式，而快速充電是縮短定電流充電的時間，定電壓的充電時間則不變，也就是說電池容量的前70%？80%可以提升充電速度，但剩下的部分只能透過慢慢變小的電流去充電。

這也就是為什么快速充電技術(shù)往往強調(diào)在前面短短的數(shù)分鐘或數(shù)十分鐘內(nèi)藉由增大電流或電壓來充入大部分電量，因為之后的充電效果其實就與一般的標準充電器差異不大，故可得出一個結(jié)論：當手機電池的電量極低時才能夠充分展現(xiàn)快速充電的優(yōu)點，若電池本身有至少五成以上的電量，使用快速充電的效果會與一般充電差不多。

▲充電器上都會清楚標示電壓與電流的數(shù)據(jù)，圖示為電壓5V、電流1.5A的充電器。

▲想知道電池的實際電壓與電流數(shù)值，可以購買市面上的USB測試工具來進行檢測。

高通QuickCharge快充技術(shù)

高通早在數(shù)年前就發(fā)表了QuickCharge1.0的充電技術(shù)，可把充電功率提高至10W，透過5V/2A的充電器能讓充電速度比傳統(tǒng)5V/1A的充電速度提升40%，充電時間減少一個小時，這可說是快速充電技術(shù)的始祖，所有使用Snapdragon400晶片的手機幾乎都內(nèi)建QuickCharge1.0技術(shù)。

新一代QuickCharge2.0技術(shù)的充電功率增加至36W，并支援5V、9V和12V三種電壓及最大3A的電流，不僅提高75%的充電速度，也代表它可以適用于多種裝置；但要讓快速充電發(fā)揮作用，不僅裝置必須支援QuickCharge2.0技術(shù)，還得搭配特殊的高電壓充電器（9V、12V），否則充電效果將和一般充電無異。

▲手機和充電器都必須支援快充技術(shù)，才能發(fā)揮快充效果。

除了USB外，QuickCharge2.0也可以在microUSB、USBtype-c上使用，并具備向下相容的能力，其內(nèi)建的IC會判斷充電的裝置是否支援QuickCharge2.0，若不支援將自動降至一般的5V充電，因此不用擔(dān)心會發(fā)生電池損壞或手機過熱的危險。目前支援QuickCharge2.0快充技術(shù)的手機愈來愈多，也有廠商推出充電器和行動電源等產(chǎn)品，此外可發(fā)現(xiàn)三星的FastCharge及Asus的BoostMaster快充技術(shù)都有QuickCharge2.0的影子存在，其應(yīng)用相當廣泛。

▲高通發(fā)表最新的QuickCharge3.0快充技術(shù)，充電效率大為提升。

最新發(fā)表的第三代快速充電技術(shù)QuickCharge3.0采用最佳電壓智慧協(xié)商（INOV）演算法，可根據(jù)裝置選擇0.6V到20V的合適電壓來進行充電，將能源轉(zhuǎn)換效率最大化，充電效率也比前一代提升38%，并提供額外的機制去保護電池壽命周期，只要充電35分鐘，就能將電池從0%充到80%，大幅縮短充電時間。同時它還向下相容QuickCharge之前的版本及USBtype-c，提供更多裝置超快速的充電體驗。詳細介紹如下：

按照高通的說法，在大約35分鐘內(nèi)就能將一部傳統(tǒng)的手機從0%電量充電至80%。

這里有兩個高通宣傳QuickCharge3.0必說的點，一是與QuickCharge2.0相比快速充電速度最高達27%，減少功率損耗最高達45%；二是比QuickCharge1.0快2倍的充電速度。

聽起來的確令人相當驚訝，不過高通沒有宣傳電池在充電的后期，實際電力傳輸效率就會變得低很多，所以雖然快速充電技術(shù)可以讓你電池充滿的時間縮減了50%，速度更快，但仍然需要一個多小時才能充滿電。

不過，我們需要注意的是，高通并不是吹噓充電速度有多快，減少多長時間，重點是提高充電效率。為此，高通特別研發(fā)了一個特別值得稱道的技術(shù)，稱之為最佳電壓智能協(xié)商算法INOV（IntelligentNegoTIaTIonforOpTImumVoltage），并認為可以優(yōu)化功率輸出，保護電池壽命周期。

首先是優(yōu)化功率輸出，該算法具體所在的事情就是讓便攜設(shè)備具備選定所需功率電平的能力，以在任意時刻實現(xiàn)最佳功率傳輸，且最大化效率。例如，QuickCharge3.0可實現(xiàn)比QuickCharge2.0最高達38%的效率提升。

再者，在電池充電的周期過程中，INOV具有能夠動態(tài)地調(diào)整充電電壓的功能。當電池充電時，它吸收地電流慢慢地越來越少，這就是為什么最后20%的充電時間會比前面80%更長的原因。高通指出，只要在符合規(guī)定范圍的電壓，在INOV技術(shù)的幫助下，手機都能夠獲得敲到好處的電壓以及預(yù)期的充電電流。

動態(tài)調(diào)整電壓的INOV技術(shù)，自然帶來了充電選項方面的靈活性增強。之前QuickCharge2.0支持四種模式以不同的功率電平充電，分別為5V/2A、9V/2A、12V/1.67A和20V四檔充電電壓。新的QuickCharge3.0則以200mV增量為一檔，提供從3.6V到20V電壓的靈活選擇。

總的來說，QuickCharge3.0技術(shù)重點無非就是大幅減少了充電期間電被浪費的量，充電效率成為了該技術(shù)的關(guān)鍵詞，38%的效率提升可喜可賀。相比之下，此前充電過程中不少額外的功率無法用于對電池進行充電，流失并導(dǎo)致發(fā)熱，手機整機的溫度也因此升高從而減少了電池的壽命。高通通過對充電銷量的更多控制，在一定程度上而最小化電量損失，最大限度地提高充電效率并改善熱表現(xiàn)。

▲RapidCharge充電器提供三種電量和電流輸出。

▲Asus的ZenpowerUltra行動電源提供5V/1A或9V/2A的快充模式。

值得一提的是，高通的QuickCharge技術(shù)交到各家廠商手中，也被修改成不同面貌，像是Motorola的TurboCharger、HTC的RapidCharger2.0、Verus的WorldCharger、pure-gear的WallCharger、Sony的UCH10、Xiaomi的MDY-3-EB等充電器材，其實都是師出同源。另外，像是SAMSUNG的FastCharge技術(shù)也是源自于QualcommQuickCharge，再進一步開發(fā)，以便能套用在三星自行研發(fā)的Exynos處理器上。

另外，高通公布有支援QuickCharge的名單中有出現(xiàn)使用Intel處理器的AsusZenfone2，也就表示華碩所推出的BoostMaster快充技術(shù)其實也有應(yīng)用到QuickCharge2.0技術(shù)。這邊稍微提醒一下，相關(guān)技術(shù)需使用對應(yīng)指定產(chǎn)品與充電器材才會有快充效果。

OppOVOOC閃充

我們知道電池充電分為兩個部分，電池電量不太足時低電壓的大電流恒流充電，當電池電壓升高到接近4.2V時采用恒壓小電流充電（電流會逐漸變小），這個一般人都知道。

OppO的方案就是把第一種情況電流由1A加到4.5A，多組電池是必須的否則這么大電流扛不住，所以O(shè)ppO選擇在其大手機上搭配這種技術(shù)，因為大手機才可以裝上很多電芯，這就是所謂的VOOC閃充技術(shù)。

它提供了五級防護技術(shù)，打造一個安全無虞的充電環(huán)境。不過它算是相對封閉的快充技術(shù)，主機板、電池、USB連接線與充電器都經(jīng)過重新設(shè)計，因此OppO手機、原廠充電器、USB連接線缺一不可，必須彼此互相搭配才能發(fā)揮閃充的效果。

VOOC閃充技術(shù)在30分鐘內(nèi)就能充滿75%的電池電量，目前僅應(yīng)用于自家多款手機上，另外也推出了閃充行動電源及專用車充。聯(lián)發(fā)科所推出的pumpExpressplus快充技術(shù)可利用標準USB充電器以最大輸出電壓12V輸送高達15W以上的能量，在30分鐘內(nèi)就能將0%的手機電池充電至75%，達到快速充電的目的。pumpExpressplus技術(shù)將電壓控制在5V、7V、9V和12V之間，電流則會大于或等于3A，充電效率相當不錯，目前此技術(shù)已應(yīng)用在手機上。

▲VOOC閃充技術(shù)只使用在自家手機上，且必須搭配原廠電池、USB線及充電器才能達到快速充電的效果。

行內(nèi)人都明白，常規(guī)手機的充電過程，是適配器將220V交流電降壓成5V直流電，在手機端通過充電控制電路調(diào)整為4.2V左右給電池充電，在電壓調(diào)控過程中因為功率的損耗會產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象（這也是我們常說手機充電時候會發(fā)熱的緣故）。VOOC閃充技術(shù)將充電控制電路移植到了充電器，將發(fā)熱源移植到了適配器，轉(zhuǎn)移手機發(fā)熱問題。

另外VOOC閃充的充電器也有專門的芯片，名為MCU芯片，取代傳統(tǒng)充電中的充電控制電路。這顆芯片可以自動識別當前充電設(shè)備是否支持VOOC閃充。另外，它的充電口，雖然也是MicroUSB，但有7針，電池也是特制，觸點達到了8個。

專門的適配器、電池、數(shù)據(jù)線、電路、接口，所有這一切都滿足時候，才能開啟閃充，實現(xiàn)4.5A大電流輸出輸入。如果檢測到不支持，會自動使用穩(wěn)定充電電流實現(xiàn)慢速充電。

應(yīng)該說，OppO這套解決方案效果不錯，實測效果好于高通的方案，目前也發(fā)展到第二代，并衍生出支持VOOC閃充的車載充電器和充電寶。它的弱點在于，整個充電的每個環(huán)節(jié)都要改造，成本高，是OppO專利，目前除了他們自家的幾款手機，其他廠商還沒有采用的（OppO似乎也沒向外推廣過），鑒于OppO暫時還沒有高通的號召力，它的推廣難度要大于QuickCharge。

▲OppO閃充充電器在快充模式下的輸出值為5V/5A，一般充電模式則為5V/2A。

▲一定要使用原廠的線材來搭配支援快充的充電器，否則會有損害裝置的可能性。

聯(lián)發(fā)科pumpExpress

聯(lián)發(fā)科對于快充技術(shù)相較高通的發(fā)展晚了點，但也推出了pumpExpressplus充電技術(shù)。pumpExpressplus強調(diào)可利用標準USB充電器，以最大輸出電壓12V輸送高達15W以上的能量，能夠在30分鐘內(nèi)讓行動裝置的電池快速充電從0%充至75%。MediaTekpumpExpressplus技術(shù)將伏特數(shù)控制在5V、7V、9V、12V之間，安培數(shù)則會大于或等于3A。單純從輸出端的伏特數(shù)與安培數(shù)來看，MediaTekpumpExpressplus的確能提供蠻快的供電效能。

▲聯(lián)發(fā)科推出了pumpExpressplus快充技術(shù)，目前也已應(yīng)用在多款手機上。

pumpExpress技術(shù)內(nèi)置于pMIC的電源管理集成電路。pumpExpress的特點是允許充電器根據(jù)電流決定充電所需的初始電壓，由pMIC發(fā)出脈沖電流指令通過USB的Vbus傳送給充電器，充電器依照這個指令調(diào)變輸出電壓，電壓逐漸增加至高達5V達到最大充電電流。

聯(lián)發(fā)科目前有兩種快充規(guī)格：

（1）pumpExpress為快速直流充電器提供的輸出功率小于10W（5V），受控輸出電壓：5V/4.8V/4.6V/4.4V/4.2V/4.0V/3.8V/3.6V，主流輸出功率：5V/1A&5V/1.5A

（2）pumpExpressplus為充電器提供的輸出功率大于15W，其差別為受控輸出電壓增加了12V、9V和7V三個檔位，為12V/9V/7V/5V/4.8V/4.6V/4.4V/4.2V/4.0V/3.8V/3.6V。

目前配合聯(lián)發(fā)科的快充方式，也已經(jīng)有Dialog，On-bridge和通嘉等電源芯片廠為其配合開發(fā)專屬電源管理IC，它無需使用到USB的數(shù)據(jù)通訊口，線路簡潔，從架構(gòu)上看和目前傳統(tǒng)USB充電器幾乎一樣，其電源設(shè)計原理上也一樣，所以這里不做詳細的說明。

從上面的敘述，能發(fā)現(xiàn)使用高通的快速充電方案優(yōu)點：控制邏輯單純，可靠性好，缺點：充電器的成本比同功率的充電器高20~30%。目前歐美和日本的手機制造商偏向使用高通的方案。

聯(lián)發(fā)科的方案，其智能手機及充電器總成本控制在略增10%以內(nèi)，迎合中國及新興國家中、低階智能手機產(chǎn)品市場的需要。但是從技術(shù)的角度看，用電流脈沖信號的控制模式，其抗電磁干擾性和穩(wěn)定性還需要更多驗證。

快速充電所帶來的問題

由于快速充電的本質(zhì)都是提高輸入功率，這將讓鋰離子電池本身的安全性與使用壽命面臨考驗。因大電流或高電壓充電的方式容易造成電池芯內(nèi)部反應(yīng)劇烈發(fā)生熱失控，溫度急速升高的結(jié)果有可能會起火或爆炸，造成不堪設(shè)想的后果，所以在鋰電池芯的選擇上必須更加謹慎，也要做好周全的防護措施，所幸現(xiàn)在絕大部分的充電器和行動電源都相當重視安全性，直接將各種保護機制內(nèi)建于產(chǎn)品中，將可能的傷害降到最低。

要享受快速充電的便利性，除了充電器的規(guī)格必須支援較大電流與電壓輸出外，與其相連的線材也得具備相同的承受能力，所以一定要使用原廠隨附或推薦選購的周邊配件，才不會有安全性的隱憂。

技術(shù)專區(qū)基于BD57020MWV和BD57015GWL的無線充電參考設(shè)計艾拉比FOTA升級加碼怪獸共享充電玩轉(zhuǎn)生活不斷電富士康收購貝爾金或?qū)⒊蔀闊o線充電巨頭Maxim發(fā)布業(yè)界最低靜態(tài)電流、最高峰值效率的超小尺寸降壓轉(zhuǎn)換電動車充電分為哪幾個過程