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荣耀9的快充测试

nokibar

本文约12页(A4纸)5200字,阅读时间需要约20分钟。

随着旧的荣耀6已经不堪重负,电池衰减了约三分之一,应用装在内存卡里面导致的卡顿,后盖已经裂开,触屏也有点异常了、、、于是前不久也开始了新手机的物色,由于对手机的要求也就是日常应用,基本上不用手机玩游戏,由于已经习惯了华为的系统,故不想再去熟悉其他厂商的系统了,所以其他的手机基本上都PASS,然后还将预算放在2K左右。RAM要在3G以上,存储要64G以上。

这样下来基本上就是华为的那几款手机了,这里面主要比较了荣耀9和荣耀7X,先说说荣耀7X吧,确实第一眼对全面屏有了好感,屏幕也够大,颜值相当高,价格上可以考虑上128G的版本。但是在某些方面比如快充、红外遥控估计就不如荣耀9了,经过再三的权衡,加上看到双十一优惠,于是入手了荣耀9。关于选机购机过程在这里就不多赘述了。接下来看我到手后发现的一个问题。

到手后开机装软件,贴钢化膜后,晚上玩到快关机了 就开始充电,由于之前特意留意了,知道这个荣耀9是可以支持快充的,于是接了个USB测试仪看了下充电的状态,然后就发现这个荣耀9的充电控制出现了一个很奇怪的问题,就是刚开始的充电确实是可以达到15W(由于测试仪的接入,测试仪应该是分压计的而不是非接触式霍尔,这个地方可能会导致限流,达不到9V2A18W的全功率,故15W认为是满功率充电),而后一会就变成了9V1.15A10W左右在充电,与最大功率差了不少。作为一个理科生和一个新能源行业从业者的身份。当看到这种情况时,我的职业病就犯了,于是我打算利用手上的一些小设备对这个荣耀手机的充电进行一次测试。

特注:非专业测试设备+水货专业人士,以下测试方法和测试数据仅供参考。轻喷。

首先,测试地点是深圳: 14时-17时之间,环境温度大概在24摄氏度,室内感觉会稍微再低一点,22摄氏度。湿度在60%左右。

经测试这个充电器的正常情况下的开路电压为5.19V,

华为原装充电器USB开路电压

电网电压为AC238V,50HZ。

手机机型为荣耀9,4G+64G版本,型号:STF-AL00。内置锂聚合物电池。3200mAh(典型容量)/3100mAh(额定容量),标称电压应该是3.7V。按照3100 mAh X 3.7V = 11.47Wh。无防护壳,有钢化膜。一个微信和一个某大师运行,WIFI连接,4G天线打开,但是数据没有开。温度数据来自某大师。

充电器为华为原装快充,型号:HW-059200CHQ,最大9V2A18W充电器。

交代完了,现在开始测试,现在开始同时测试交流和USB直流端,由于职业原因,我对电池特性以及充电控制还是有所了解的,所以我怀疑充电过程中由于温度过高导致限流,于是我做了一个对照:从5%到50之间是常规方法之间放置在桌上。50-100%之间我将手机放置于笔记本电脑散热器上进行风冷。

对手机进行风冷的照片(照片拍摄自荣耀6)

利用笔记本散热器的散热示意图

USB充电测试设备(为避免广告嫌疑,只拍摄局部)

交流负载测试设备(为避免广告嫌疑,只拍摄局部)

测试“总成”,再复杂一点就有空间站的既视感

数据说明(在图表中将省略):

SOC:即电池电量百分比 单位: %

功率单位:W 瓦

电压单位:V 伏

电流单位:A 安培

温度单位:℃ 摄氏度

以下是第一次实验结果:

充电测试中所有数据

剔除特殊时间点后的规则时间点数据

基于规则时间点的充电曲线

关于以上数据,我统计了几项特殊的数据:

5%--100%耗时:1h34min, 平均USB充电功率:9.64W。消费电表显示电能约0.017KWh,即17Wh,电池标称容量为11.47Wh,这里的测试设备不是精密仪器,而且电池的真正的容量也不得而知,只能估算,充电效率大概在0.67。看起来比较低,再仔细想一想,确实会出现这种情况,因为一般的手机的充电时分为两个部分进行转换的,

第一步:从市电AC220取电通过降压整流变成DC5V或者DC9V等低压直流;

第二步:充电器的USB口接到手机,手机内部的充电芯片进行再次降压到电池低压(2.7V—4.2V)对电池进行充电。同时充电控制芯片会根据电池状态进行多层保护,关于充电保护的功能后面会有更详细的讲述。

因为有两次电源转换过程,我们假设这两次电源转换效率相同,当我们将0.67开方,便可以估算电源的转换效率约为0.82。由于这种小型开关电源的架构和成本问题再加上测试设备以及计算方法引起的误差。不过1度电可以充N次,所以大家就不必在意这些细节了。只是在闷热的夏天又没有空调的小伙伴就要注意了,浪费的电能都是通过发热耗散到空气中,而过热是有可能会损坏充电器设备。

将5%-86%段分离开来看:

5%---86%段充电曲线

先看无风冷阶段的前50%:

1、从5%-51%:耗时40min;平均1.15%/min;平均功率为11.435W,参考最开始的数据表可知:开始充电3分钟后,电池温度上升至35℃时就开始限流至10.5W,而后的限流十分平稳,温度基本上都在35度左右。

2、再看有风冷的后半部分:

从51%-86%:耗时 30min;平均 1.17%/min;平均功率为11.8965W,温度有所下降,基本在31℃左右,充电功率也随之变大,没有之前的稳定,它会根据温度做相应的调节,当低到30℃时就会恢复到15W充电,当电池温度上升时又会降流。如此动态调节。

由于单位取样时间为10分钟,故这里会去掉了很多细节,所测试的数据很值得怀疑。后面将再做一次实验。计划以两分钟作为时间间隔。使数据更加详细可靠,并且会体现出里面的电池管理与充电控制策略等细节。将会有一种更加彻底的风冷措施来实现。

抽出时间再次做了几次测试,这是做过多次尝试测出来的,用了一个台式电风扇和一个脚架,保证手机的两面都可以很好的和风扇气流接触。如下图(不要在意凌乱背景细节):

风冷实际测试拍摄

改进风冷测试示意图

测试环境如下:

1、环境温度比上次略低,晚上8~11点之间,20度,湿度和上次几乎一样62%(中国天气网数据)。

2、手机和充电器参考上次测试。

测试数据如下:

曲线图如下:

从上面数据可以得出这么一些规律:

1、从开始充电到温度到达35℃,充电功率会果断直接降到10.5W(电流1.15A),几乎降了一半。

2、超过36℃,充电功率会降到4.2W(电流0.46)左右,几乎只有四分之一了。

3、当电池的温度回落到32℃左右时,充电功率会恢复到15.5W(1.72A),随后充电功率就会随着温度进行反馈调节,会尽量将电池温度控制在35℃以下。

4、1小时14分钟可以到90%,后面的充电过程就很慢,10%耗时32分钟,不过这里可以理解。

5、在电池电量到达60%以后,充电功率基本在11W左右,开始怀疑是不是充电器也热了,亦或者是充电曲线里面就是这样设计的。后面的补充实验会说明。

基于上两次实验,我决定再做一次实验,全程风冷,说实话这次实验就是为了测出一个非常理想的充电曲线。

关于充电环境就不多赘述了,基本和上两次一致。

以下是实验数据,数据周期5min:

理想的充电数据

理想的充电曲线

从上面的数据得出的一些结论和规律:

1、从4%到100%总耗时1小时25分钟。平均功率10.4W,平均SOC上升1.13%/min(一分钟电池电量上升约1.13)。全程最高温度32℃,最低温度27℃。

2、在电池温度一直低于35℃且电池电量低于60%的情况下,充电器可以一直满血运行,35分钟就可以从4%充到60%,平均功率约15.5W,平均SOC上升1.6%/min,这也是充电器最快的速度。

3、从60%到90%,已经出现限流情况了,这一段的限流策略不知道是根据SOC大于60%还是根据电池电压去做的,这一段耗时25分钟,平均功率10.8W,平均SOC上升1.2%/min。

4、在电池温度低于35℃的情况下(应该是充电过程中不要有触及35℃阈值的情况发生),一个小时内可以从4%充到90%。平均功率13.8W,平均SOC上升1.43%/min,这一段对于平时使用比较有参考意义。

5、从90%到100%耗时25分钟,平均功率4.1W,平均SOC上升0.4%/min,这段只是给大家看看而已,也许只是强迫症才会每次都充到100%,科科。

综上所述:荣耀9的充电有以下特性(猜的,信不信由你):

1、在电池温度一直低于35℃且电池电量低于60%的情况下,充电器可以一直满血运行,平均功率约15.5W,平均SOC上升1.6%/min,这也是充电器最快的速度,差不多半个小时可以充到60%。这里再深究一些,15.5W到手机上,假设手机上将9V转换成电池电压(锂聚合物电池一般最高电压4.2V)的效率为90%,那么直接对电池的充电功率为13.95W,充电电流就是3.32A,而电池标称是3100mah。故充电达到3320/3100 = 1.07C,对于这种手机上需要追求高能量密度的电池来说,还算过得去。

2、在电池温度低于35℃的情况下且电池电量约高于60%低于90%时,会出现限流,平均功率10.8W,平均SOC上升1.2%/min。具体的限流策略与电池电压有关还是与电量60%有关,个人可能会偏向于电池电压,而60%只是一个巧合。关于限流的原因只是做一个猜测:电池电量已经上来了,由于锂聚合物电池特性,电池的电压也上来了,在充电电流比较大的情况下,由于电池的内阻等特性的体现,电压很可能会虚高到接近4.2V,而锂聚合物电池的电压安全阈值就是4.2V,所以就会出现限流。这个限流策略应该和90%-100%那一段是类似。总之,这个地方的限流肯定与充电安全有关。

3、理想情况下可以在半个小时充电60%,一个小时90%,一个半小时100%。

4、当电池一旦出现高于35℃的情况下,手机中的温度保护机制就会激活,手机就会进入自动限流的状态。第一次就直接限流到10.5W左右。

5、出现第一次限流以后,当电池温度回落到32度后,充电功率会在10W~15.5W之间动态调节,尽力将电池温度控制在35℃以下。

6、当电池温度高于36℃时会将功率直接限制在4.2W左右。

7、当电池温度出现35℃的情况下,假如温度可以控制在35℃以下,充电时间可以控制在1小时45分钟左右。

8、假如电池温度经常高于35℃,充电时间将会非常长,具体时间不可预测。

同时也留下几个疑点:

1、假如手机后盖是金属而不是玻璃,散热会不会好一点,电池温度控制会不会好一点。但是由于没有金属后盖的同型号手机再做一次测试,所以这个对照测试无法做。

2、这个发热是电池的锅,还是手机里面的充电电路把电池烤热了呢?假如里面的充电控制电路效率高发热少会不会好一点呢,个人还是偏向于电池的发热,但是也不能排除其他的可能性,目前没有打算打开后盖进行充电测试,故在这里留一个问号。

3、华为工程师是不是做了非常保守的充电温控保护。

由于华为的充电技术和高通的Quick Charge技术、MTK的PEP技术的相似性,是不是很多使用了类似高压快充技术(9V2A,12V2A,20V2A等)的手机都会出现类似问题呢。虽然现在电池可以实现1C以上的充电倍率,但是由于发热这个问题的存在而变成“三分钟热情”,仔细想想“充电5分钟,装“X”2小时”,为什么是五分钟呢,也许是一种无奈而已。电池的技术瓶颈在这里,大部分类似方案很可能都有类似的特性。从目前来看,由于电池技术的限制。当充电功率由5w向10w以上迈进时,快充技术还是很有意义的,因为这时候电池是可以接受的。当充电功率超过20W时,那些厂家所吹嘘的快充技术给消费者带来的优越感受并不会太明显,而且充电功率越高越不明显,因为电池已经很难承受。这时候的快充就是一个商家炒作热点,而对于消费者而言就是个然并卵的好处,除非你可以保证5℃-10℃的使用环境来给手机电池散热。

(注意:手机电池是高能量密度电池,和一般的动力电池有本质性的区别,假如你觉得什么电池都可以20C充放电,那么请亲自实验验证,如出任何事故,本人概不负责。)

而OPPO手机的vooc快充技术则是另外一回事,这里稍微说几句,VOOC闪充的原理是其实就是通过改硬件使原有的USB线能够通过更大的电流。而且将原来手机里的电压转换放到了充电器里面,也就是说充电器在进入闪充状态时只有一个电压转换过程,直接将AC220转换成电池电压并充入电池,这个过程都在充电器里面完成,这种快充设计相对来说可以非常好的控制手机的发热。但是也带来了成本高和通用性稍差的问题。

对于大多数人来说,35℃就降流控制温度的快充是不是成为一个鸡肋了,个人在这里不想做太多评论。就目前的电池技术瓶颈而言,该充电控制这么做也许是工程师在充电速度和充电安全之间做的权衡取舍罢了。或者说对极限温度环境下的使用做出了一种保守的方案,更偏向于保护消费者的安全而舍弃了一些充电速度。毕竟谁都不想手上握着一个炸弹,前面已经有“手机中的战斗机”Note7给大家展示了手机电池安全是多么重要的问题,虽然Note7是因为设计失误导致电池受到物理损坏所致,不是因为过充或者过流过温所导致的问题,但是其后果几乎是一样的。

毕竟一千个读者就有一千个哈姆雷特,快充的意义是什么也许对于不同的人会有不同的看法。但个人觉得还是有点小失望,当时就是比较了7X和9的充电方式的,这一点是有考虑的。因为时不时有出差的机会,也不时需要在深圳和老家之间来回。举两个很简单的例子:

1去到机场赶飞机,还有15分钟登机,而你的手机快没电了,随身没有充电宝,飞机上也不允许使用手机也不能充电(国内),下飞机之后还要赶路去酒店和或客户联系,也许你还需要用到导航。

2在高铁上或者高铁站里,随身没有充电宝,你有机会充电但是只有很短的时间。到了目的地还要接着赶路。

这个时候你就需要一个很靠谱的快充来进行充电,否则接下来你就要抓瞎了。手机一旦没电就意味着你可能不知道如何和客户联系,假如这个地方你第一次去,恐怕你连目的地都没法找到,在车站机场也没得办法与来接你的人接上头。总之,失联是很可怕的,国内国外都一样。

看来超过20W的快充,对于普通消费者来说恐怕还是一个伤钱概念而不是实实在在的消费品,快充必须解决了电池和手机充电电路发热问题才能真正实现快充,而且这个问题对于所有使用可充电电池的设备都是一个魔咒。虽然现在大家都在研究新的燃料电池石墨烯电池什么的,个人表示:作为一个科技工作者我是非常愿意去尝试的,而作为一个消费者我是不会去做小白鼠的,实验室阶段到商业化量产时需要时间空间的。比如最新的iPhone X的屏幕问题。

革命永远不会停止,同志需要前赴后继!

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