充电协议那些事

超载

如何在更短的时间内充更多电量，就成为现在弥补电池技术不足的最好解决办法。手机充电，基本都是以5V电压为基准，配以电流大小来决定充电的快与慢。举例来说，以往我们的充电器多为5V1A，这个方案充满一个4000mAh容量的电池非常缓慢——毕竟它的充电功率只有5W。后来为了进一步增强充电能力，开始有厂商配备了5V1.5A乃至2A的充电器，并且手机的充电电路也做了相应设计。只不过，即便是5V2A的充电器，充电功率也仅有10W而已，动辄两个小时以上的充电时间还是不能满足生活节奏越来越快、手机使用越来越频繁的当下。于是，快充这个概念便应运而生。

充电放电 原来是这样

手机电池目前都是以锂电池为主，它的基本充放电原理其实是电能和化学能的互相转换。对于锂电池来说，它的正极锂化合物（可以是锂离子、也可以是锂聚合物），负极为石墨（不是石墨烯）。在充电的时候，由于电场效应，正极的锂离子带着电荷“走到”负极石墨端（路程中是穿过石墨的碳层孔）储备电能;放电的时候，这些储存在石墨中的电荷发生化学反应，又跑向了正极（锂离子此时是富锂装填），这个化学变化中会形成电流，也意味着此时电池可以开始放电了。

理論上，只要是电池中的正负极材料保持化学结构不变，电池无论是充电还是放电都不会有任何损耗，锂离子电池就能长时间保证充放电的循环。当然，现实世界中这是不可能的（例如高温），因此必然会发生衰竭问题。而快速充电这个功能，其实是在高电压、电流增大时让锂离子“跑得更快”，这样储能充电的过程就会缩短。

然而在增大电流时电池负极的石墨表面会逐渐发生破裂（充电电流小的时候这个过程很缓慢），这些裂痕会导致电极材料和储能的电解液相互反应，简单说碳孔会“越来越堵”，而且电池充电时带来的高温（大电流充电时温度更高）也会影响电池内的化学物质。如此一来，石墨的通过性（碳孔）会大为降低，电充进来的少了，放电的时候也更加困难了——这就是电池的记忆效应，在快充的这个“加速器”作用下，过程也会加快，因此某种程度上讲，电池充放电的寿命会有所降低。

当然，厂商在设计生产的时候也会针对这个问题做特别优化设计。最为重要的是，我国国标GB/T 31241-2017《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全要求》中也规定，在环境温度20℃±5℃的条件下，充放电循环次数必须大于500次。所以，结论是，快充确实会影响电池使用寿命，但是在国家系相关规范的要求下，电池的充放电循环次数（即寿命）不会对使用者产生实质性影响。

何为充电循环次数？

充电循环次数，也就是我们俗称的电池寿命，实际上并不是我们简单理解的“插上充电”就算一次。重点就在于“循环”二字的定义。电池循环次数是以周期来计算的，在一个完整的充放电周期中，循环次数是充电周期的一个计算方式，当电池达到了一次完整的充电周期，电池循环次数就会+1。

这里提到的充电周期，是指完整的充放电过程，当手机的电量为0时将其充电到100%，然后再从100%时把电量储能消耗至0，这就是一个完整的充电周期。当然，我们在日常使用中，是不会以这种方式充放电的。举例来说，当手机100%电量时开始使用，放电至25%的时候开始充电，并且将其充满至100%，此时又开始拔下充电器开始放电使用手机，将其消耗掉25%的电量时，这才算一个完整的充放电周期。也就是说，在这个循环周期里，无论你中间插拔了多少次充电器，分几次充电，只有总量达到100%才算一个周期，而不是根据充电次数来决定的。

日常使用快充充电的时候，也是遵循这个充放电的记录周期，与使用普通充电器别无二致。不过这里还是提一些使用建议，不要等电量过低才充电，电池在电量剩余30%以上时充电为宜。同时，不要在还有90%以上的电量时将其充满。另外一个重点是尽力保证充电温度不要过高，比如边充边玩游戏这样的操作还是少一些为好。

充电协议大乱斗

在技术变革的引领下，快充已经走入了我们的生活。早期主流的快速充电方案，主要集中在两个方向上，高电压、低电流方案以及低电压、高电流方案。这是基于当时流行的手机充电接口Micro USB而生的。Micro USB是USB2.0标准的一个便携版本，比部分手机使用的Mini USB接口更小，Micro USB是Mini USB的下一代规格，由USB标准化组织美国USBImplementers Forum（USB-IF）于2007年1月4日制定完成。其中，Micro USB在安全范围内的最大承载电流为2A。

在当时看来这尚且不算个问题，但是随着时间的推移，大家都注意到了这个安全规范的不足，于是第一类快充方案就由此诞生了：提高电压，保持低电流。例如高通QC协议与联发科PE协议就是这类快充协议的代表。而后者，低电压、高电流的代表，正是那个时代深入人心的“充电五分钟，通话两小时”VOOC 闪充。OPPO 通过在线材部分增加 Micro USB 接口接触针、采用特制充电器的办法实现了大电流快充。当然，这也一定程度上拜托了Micro USB的设计规范。

高电压、低电流的方案有一个缺点，就是最终在输入手机时，进行变压转换，使得电压可以下降到手机电池可以承受的充电电压范围内（3.7V、4.2V），不过受限于当时的技术，这种电压转换带来的副作用就是能量损耗转化为热能，前面笔者也讲过，高温是电池寿命的一个重要因素。

而低電压、大电流方案的主要缺点则是定制带来的高昂成本。从手机内部的相关元件、充电线再到充电器，全都需要“定制”。以线材为例，常见的通用充电线材只能承载3A电流，要实现5A大电流快充，就必须对充电线进行改造，比如Type-C to Type-C的线缆想要承载超过3A的电流就必须加装相应的E-Mark芯片。

显然，二者各有优缺点，经过几年时间的发展，目前主流的快充，几乎都已经走向了高电压、大电流的方案。能够支撑这个设计方案的根本原因在于手机设计、零部件的技术革新。例如手机可以设计成双电芯电池，以应对高电压输入;针对高电流也有特别优化的电池设计。而且，通过“协议”的约束，可以更好的控制充电全程，从而最大限度平衡充电时的各种问题，达到最优的设计。

说到协议，具体还细分为两个部分，第一类是私有协议，简单说就是厂商根据自己的设计需求定制的一套协议标准，只针对自家产品，包括充电器都必须配套使用;第二类就是公有协议，所谓公共协议更多指的是来自芯片厂商甚至是USB-IF协会的方案，可供多个手机厂商使用或是兼容。

公有协议

Quick Charge协议

Quick Charge协议源自高通，简称QC，经过长期发展，Q C至今已经发展到5 .0版本。在QC2.0时，协议支持最高功率18W，到了QC 3 .0支持最高功率22W，QC4.0和QC 4.0 +最高功率都能支持到2 7 W，这二者的区别在于，QC4.0+向下兼容QC2.0和QC 3 . 0。到了目前最新的QC5.0协议，其支持100W+的功率，号称5分钟可以从0%充到5 0 %，充电效率提升了70%，而且还提升了安全性，可延长电池寿命，温度也较QC 4.0低了10度。并且可以向下兼容过往的QC协议，且PD、PPS标准的电源都可以为支持QC5协议的设备快速充电。

简单来说，QC5.0充分利用了USBPD协议，支持向下兼容QC2.0至QC4+，和前辈们相比它支持20V以上输入电压工作模式、支持双充/三充技术（理论上应该就是串联双电芯或串联三电芯）、自适应输入电压、第四代最佳电压智能协商（INOV4）算法、QualcommBatterySaver电池健康管理以及全新的Qualcomm适配器功率智能识别技术。

联发科PE协议

联发科PE协议全称PumpExpress Plus，早期的PE协议为典型的高电压、低电流方案，从PE 3/4开始逐渐变为低电压直充，同时PE协议也是最早推出低压直充方案的快充协议之一。联发科PE协议的特点是电源可以根据充电电流输出决定初始电压，通过手机中的PMIC控制器发出脉冲指令来反馈给电源，进而调节充电实际输出电压，在原理上与高通QC协议有共通之处。此外最新的PE 4.0版本协议也符合PPS标准。

USB-PD协议

USB-PD协议全称是USBPowerDelivery，它是目前通用性最广的公共协议之一。目前最新的PD3.0协议相对于USBPD2.0的变化主要有三方面：增加了对设备内置电池特性更为详细的描述;增加了通过PD通信进行设备软硬件版本识别和软件更新的功能，以及增加了数字证书及数字签名功能。简单来说，从充电参数上来看，USBPD3.0和USBPD2.0并没有变化，依然是支持5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V5A输出，最大功率100W。

此后，PD3.0协议进行了更新，全称为PD3.0PPS，这个PPS是可编程电源（ProgrammablePowerSupply）的意思，其作用在于可以实现3.0V到21V的输出电压调节，调幅电压为20mV，因此其可以实现高压小电流以及低压大电流两种充电模式。需要说明的是，支持PPS的前提是支持PD3.0，但支持PD3.0并不意味着支持PPS。

私有协议

华为FCP、SCP协议

2015年，华为Mate8发布时附带支持了18W快充的充电器，官方称之为QuickCharge技术，协议为自有的FCP（FastChargeProtocol）。FCP采用和同期QC2.0一致的高电压、低电流方案，但是华为设备不能被QC2.0兼容。2016年华为Mate9发布时，同时公布了SuperCharge超级快充技术，支持22.5W快充，使用自有SCP协议（SuperChargeProtocol），转变为低电压、高电流的方案。2020年其SuperCharge快充技术将充电功率提升至66W的水平。值得注意的是，无论是FCP还是SCP协议，它们都可以兼容PD协议，这就代表着它的兼容性颇佳。

小米ChargeTurbo协议

目前小米快充有50W、40W、30W等快充规格，最新的小米10Pro支持50W快充，而小米10至尊版支持到了120W。小米采用高通骁龙处理器的机型对QC快充协议具有不错的支持，例如小米10至尊版支持QC5.0，小米10Pro支持QC4+，而且两者都兼容PD3.0协议。

vivo Super Flash Charge协议

vivo和iQOO采用的协议是FlashCharge和SuperFlashCharge。其最大的特设计特点是采用双路电荷泵IC分离式设计，即采用了两颗电荷泵充电IC，使其达到8A的电流峰值，这样可以保证每颗IC都工作在 97% 的最高工作效率，同时大大降低了充电时的发热。而且，其最新版本协议已经突破了120W的功率，充电速度非常可观。不过，协议虽然兼容PD充电器，但是在充电线缆方面，它们的兼容性并不是十分出色。

OPPO VOOC协议

VOOC闪充是OPPO独立自主研发的快速充电技术，在第一代采用了VOOC闪充技术的OPPO Find 7上，3000mAh的电池充电时间只需要5分钟即可打电话2个小时。2020年，OPPO推出了125W超级闪充（Super VOOC）方案，采用了之前提及的PPS标准（同时兼容VOOC、PD、QC 协议）。另外，一加、realme因为和OPPO极为紧密的关系，正常情况下三家配件相互兼容且向下兼容。

三星AFC协议

三星也采用自己的快充协议，早期的Fast Charge技术基于AFC（Adaptive FastCharge）协议，理论功耗18W左右，不过对其他快充协议的兼容性不好。到了2019年，三星发布了Super Fast Charging技术，可以实现兼容PD 3.0协议，并支持支持45W PPS 快充。目前，三星自主协议也加入了PPS标准，意味着可以兼容PD 3.0协议的快充设备，充电的选择余地就很大了。

显然，无论是公有协议还是私有协议，目前大有大一统的趋势，尤其是USB-IF联盟的PPS可编程電源标准的确立，让更多设备之间兼容成为了可能，毕竟谁也不愿意带许多个充电设备出门，着实太过麻烦了。