有时也会觉得手机这个东西,电子鸦片,一片虚假,放下了,才能和家人更亲近。
作为澳门赌王,何鸿燊也曾公开奉劝年轻人不要赌博。相比之下,国产厂商只会在发布会上天花乱坠的吹牛,把自家的手机吹上天。
今天想聊一聊温度对手机充电速度的影响。
即使你没开发过手机,相信你也能感受到温度对手机充电速度有显著影响,过高或过低时都会降低充电速度。
可为什么会变慢?背后的原因是什么呢?
触发了工程师设定的温控机制,手机的系统软件会实时监测手机温度,过高或过低都会自动降低充电功率。
那工程师为什么要设定温控机制,闲的没事干吗?
至少有两个原因:
- 说到底,锂电池太娇贵,太挑剔了,在高低温下,它仿佛在傲娇地说:“这环境,本人不吃你喂的糟糠”!你暴起,强行给它注入电流,它就敢变成炸弹让你尝尝后果。
- 其次是基于改善用户充电体验的目的。手机的充电速度与充电温升相互矛盾,为了改善充电温升,通常的方案就是降低充电电流。不要小看充电时的温升,在售后上曾经看到过边打游戏边充电,痴汉的手被烫伤的案例。
电池与高低温
手机使用的锂离子电池内部的能量变换基于电化学反应,而温度直接影响锂离子在正负极之间移动的速度和效率。
理想温度范围在10°~35°C之间。在这个范围内,锂离子活性适中,充电速度可以做的最快,对电池的损伤也最小。
而高温环境(> 35°C)需要大幅降低充电电流,否则伴随安全风险! 长时间在高温下充电会加速电池电解液的分解和材料的损耗,导致电池容量不可逆的衰减,你会发现电池越来越不耐用。 极端情况下甚至有燃烧或爆炸的风险。

常见高温场景举例:
- 边玩大型游戏(最大亮度,最大声音)+ 边录制视频 + 边充电;
- 阳光直射的汽车内边导航(最大亮度,最大声音)+ 边充电;
- 手机不小心遗忘在被窝里,边播放视频 + 边充电。
除了高温,低温环境(< 10°C)对充电速度亦有影响,会变慢,甚至无法充电。
低温下,锂离子穿越电池隔膜的阻力大大增加,就像在泥泞中走路。如果强行大电流充电会导致锂析出的风险,此时锂离子来不及嵌入负极,会直接以金属锂的形式析出在负极表面,形成树枝状的结晶(锂晶枝)。这种结晶会刺穿电池隔膜,导致短路,永久性损坏电池。

常见低温场景:
- 在北方冬天的户外或没有暖气的室内充电。
温控方案
buck charger IC内部基本上都集成了JEITA充电温控方案,举例如TI的BQ25890H,按照JEITA所制订的规范在不同的温度下采取不同的充电策略。把温度范围分成5个区间(冷,凉,常温,暖,热),并在不同的区间实施不同的充电电流和充电电压。
- 在冷、热区间里,充电是被禁止的;
- 在凉、暖区间里,建议将充电电流和充电电压之一或是两者都降下来;
- 在常温区间里,充电电压和充电电流才保持在正常值。


但jieta的灵活性不足,有点粗(分辨率不够高),不利于把事情做细。
于是有的手机厂商在软件中自定义温度区间,编程对应的充电电流,以此来摸底出最优的充电温升和充电时长,大致如下图所示:

调参亦是基带工程师在手机开发阶段的重要工作。
还有的手机厂商借鉴了PID的思路,免去了工程师人工调参的活计,基于PID自动调参。

温度检测方案
在手机内部有多种方案实现温度检测。
1、充电IC温度检测方案
buck charge IC均集成了温度检测功能,如下图,将电池包中的NTC电阻连接到充电IC。RTH1和RTH2根据所选热敏电阻进行设计,其目标是使热敏电阻在0~60°C下所形成的TS端电压与IC内部的判定冷和热的阈值刚好一致。此后,充电IC便可自动改变其在凉、暖温区的充电参数。

2、平台ADC方案
如下图,通过平台ADC实现温度检测,灵活性高,硬件开销小,可以检测多个位置的温度(通过主板内部多颗NTC,拟合出壳温值)。但在软件没跑起来时无法做检测,覆盖的场景不全;其次软件方案的可靠性不如硬件方案。

3、电量计方案
当前电池保护板上广泛集成了电量计,以TI的电量计为例,内部集成了NTC温度检测,可用于电池的温度检测。检测到的温度值通过IIC送给CPU。
