你有低電量焦慮症總是急需充電嗎?3 分鐘帶你讀懂快速充電原理

隨著手機搭載越來越多的重要功能,手機斷電也成了大麻煩。在兼顧手機輕薄的同時,要減緩現代人的「低電量焦慮症」,那就只能盡量提高手機的充電速度了,「快速充電」技術也應運而生!
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本篇來自合作媒體 愛范兒 ,INSIDE 經授權轉載。

LG 曾做過一個 調查報告 ,稱有 90% 以上的人會因為手機沒電感到焦慮,有 41% 的人會在手機低電量時錯過重要電話,而 17% 的男性則很容易因為手機沒電而失約 ,這種現像被稱為「低電量焦慮症」(low battery anxiety)。

隨著手機搭載越來越多的重要功能,手機斷電也成了大麻煩。在兼顧手機輕薄的同時,要減緩現代人的「低電量焦慮症」,那就只能盡量提高手機的充電速度了,「快速充電」技術也應運而生。

包括 2017 年的三款新 iPhone 在內,主流智慧手機或多或少都兼具了「快速充電」功能。「快速充電」到底是怎麼一回事,怎樣才能讓手機充電充得更快呢?

手機充電的原理是什麼?

1991 年,索尼和旭化成公司聯合發表了首款商用鋰電池,從此,鋰電池開始被廣泛用於數位 3C 產品當中,手機自然也不例外。之前的文章中提及過鋰電池的工作原理:

鋰電池分為正極和負極,正極是鋰化合物,負極主要採用石墨材料,均浸泡在電解液當中。

無論是放電還是充電,其實都是鋰離子在電池的正極與負極之間移動、電能和化學能相互轉換的過程。充電時,由於電場的作用,鋰離子從正極移動到負極,並存儲能量;放電時,鋰離子在化學反應的作用下從負極又移動到正極,此時形成電流供電。

鋰電池充電的速度,實際上就是電能轉化為化學能的速率,也就是所謂「功率」(P)。簡單回顧一下物理,眾所周知:

P=IU

功率=電流*電壓

電流或電壓越大,功率也就越大,鋰電池充電速度理應更快。但受到鋰電池本身的限制,在欠壓或過壓的情況下充電,都會對電池產生損傷,因此鋰電池的充電方式比較特殊,通常分為三個階段:

恆定電流預充電(Constant Current Pre-charge Mode)

大電流恆定電流充電 (Constant Current Regulation Mode)

恆定電壓充電(Constant Voltage Regulation Mode)

在手機完全沒電時,充電器先通過電流較小的恆定電流對鋰電池進行充電,使其慢慢恢復活性;一段時間後,充電器會加大恆定電流,並逐步提高電壓,這是鋰電池充電的主要階段;電池電量在 80% 左右時,充電器會在恆定電壓下慢慢減小電流的輸入,直到電流低於某個臨界值,此時手機顯示充滿電。

這樣的充電流程,一般都是由手機內置的電源管理晶片進行控制的,而充電器大部分情況下僅僅是根據電源晶片的指令進行調控而已。

因此,如果要提升手機鋰電池的充電速度,必須在「大電流恆定電流充電」階段下功夫。

在功能機時代,手機對電池容量的要求不高,鋰電池技術也不那麼成熟,為了使鋰電池充電趨於穩定,當時大部分廠商都遵循國家建議的低倍率充電標準「5V 0.2C」—即充電電壓為 5V,充電電流為 0.2C(C 代表代表電池充放電的速率,當電池以 1C 的電流充電時,1 小時即可完全充滿電。如果是 1000mAh 容量的電池,1C 就是指充電電流為 1A;2000mAh 容量的電池,1C 就是指充電電流為 2A,以此類推)。

但隨著智慧手機時代的到來,手機對電量的需求大增,低倍率充電標準已經很難滿足充電的需求。而此時鋰電池技術也有了較大的發展,穩定性更好,充放電的耐受性也有所提升,「快速充電」開始登上舞台。

什麼是「快速充電」?

本質上,「快速充電」就是一種在合理範圍內提高手機充電功率的技術,旨在為手機迅速補充大部分的電量。由於功率與電壓和電流的大小有關,目前「快速充電」主要分為以下兩種方案:

高壓小電流

低壓大電流

「快速充電」是一整套的充電解決方案,需要手機內置的電源管理晶片、充電線、充電器三部分共同協調,缺一不可。

iPhone 就是一個典型的反例。儘管 iPhone 8、iPhone X 都已經支援快速充電,但配套的充電頭卻是「5V 1A」的規格,滿負荷時功率也僅僅只有 5W,充電效率極低。

早在 2013 年,高通就意識到了「快速充電」對智慧手機的重要性,當時就推出了 Quick Charge 1.0 標準,通過提高輸入電流來提高充電效率,讓搭載驍龍 600 處理器的手機支援「5V 2A」充電。

但由於 micro USB 接口的限制,超過 2A 的電流很可能會造成損毀的情況,於是高通又想到了另一套解決方案,提高接口的電壓。在把輸入電流限制在 2A 以內的情況下,通過提高供電電壓,同樣可以達到提升功率的效果。

經過不斷地改進,高通的 Quick Charge 2.0/3.0  可以實現「9V 2A」,也就是以最高 18W 的功率進行充電。

「高壓小電流」快速充電方案啟發了不少同行,聯發科的 Pump Express Plus 1.0/2.0、三星的 Fast Charge、魅族的 mCharge 3.0 都是類似的解決方案。

不過,在高電壓輸入手機之後會有一個降壓過程,此時手機內部會產生熱損耗,導致發熱嚴重。因此,不少採用這套方案的手機在螢幕時都不會開啟快速充電,以防機身過熱。

此外,由於廠商之間存在競爭關係,因此儘管快速充電實現原理相似,但彼此之間存在兼容性問題,因此要提升充電效率,首要的是選擇兼容性好的充電器。

2014 年,搭載 VOOC 閃充的 OPPO Find 7 橫空出世,充電功率達到驚人的 22W。隨著 OPPO 手機的熱賣,「充電五分鐘,通話兩小時」的廣告詞也深入人心,消費者開始認識到「快速充電」的意義。

VOOC 閃充的快速充電原理就是「低壓大電流」策略。

由於 micro USB 接口限制了輸入電流的大小,因此 OPPO 乾脆將整套充電系統進行定制——充電器、充電線、手機內部電路都進行改造,並採用電池多線路充電的方法,使得 VOOC 閃存能夠以「5V 4A」進行充電。

VOOC 閃存的好處在於,把充電過程中的發熱組件基本都設置在充電器裡,在實現快速充電的同時手機不至於過熱。但缺點也比較明顯,一是得配合 VOOC 閃充充電器、充電線才能使用, 二是整套解決方案成本較高,搭載 VOOC 閃充的手機價格都不會太便宜。

說到底,手機快速充電的癥結所在,就是那個小小的 micro USB 接口,你可能也注意到了,近年來搭載 USB-C 接口(全稱 USB Type-C)的手機越來越多,實際上這就是手機接口革命的前兆。USB- C 可以說是未來接口標準的一個交點,有以下幾個重要特性:

支援正反插拔

兼容 USB 3.1 標準,最快支援 10Gbit/s 傳輸

支援 USB Power Delivery 充電協議,最大可以提供 100W 的電力,並且可雙向供電

支援 DisplayPort,可以輸出音頻與視頻

目前 USB-C 最典型的應用,其實就在任天堂年初發售的新主機 Switch 上。僅靠 USB-C 接口,Switch 就實現了正反插拔、主機供電、遊戲輸出等功能,讓 Switch 能在掌機和主機之間自由切換。這也是為什麼新 MacBook、MacBook Pro 都只採用 Thunderbolt 3 接口的原因(外觀與 USB-C 相同,功能上兼容 USB 3.1)。

USB-C 支援 USB Power Delivery 充電協議(簡稱為 PD 充電協議),得以讓手機充電的輸入電流、電壓都有所突破,最高可達「20V 5A」。

現階段,USB-C 還處在一個過渡期,並不是所有採用 USB-C 接口的手機功能都兼容 USB 3.1 標準、採用 PD 充電協議,但根據充電頭網的消息,新標準或將於 12 月份公佈,屆時,手機市場也許會迎來快速充電新秩序。

此外,2017 年發布的三款新 iPhone 也都支援 PD 充電協議,採用「高壓小電流」的快速充電方案,輸入功率可達 15W,不過電量達到 75% 之後功率會降低到 7.5W 左右。

小技巧:怎樣讓手機充電變得更快?

弄清楚手機快速充電的原理和類型之後,提高手機充電速度的辦法也就一目了然:

充電時少玩手機

開啟「省電模式」進行充電

選用合適的快速充電充電器

前兩點很好理解,屬於能夠小幅提升充電速度的技巧。

對於採用「高壓小電流」快速充電方案的手機,由於在手機內部存在降壓過程,會產生熱損耗,因此亮屏時通常都不會激活快速充電,以防機身過熱。

而開啟「省電模式」(iOS 稱為「低電量模式」)後,手機系統的各項功耗都會有所減少,因此充電速度也就更快。目前,Fast Charging 等號稱能夠讓充電速度變快的 App,也都是採用類似的原理——通過嚴格地控製手機的功耗,來提升手機充電速度。

事實上,選用合適的充電器,看似微不足道,卻是最影響手機充電效率的部分。

支援快速充電的 Android 手機,原裝充電器的充電速度通常都是最快的(不過也有反例存在,華為 P10 就沒有標配快速充電頭)。

如華為 Mate 10 使用標配的 HUAWEI SuperCharge 充電器,就能以「5V 4A」的低壓大電流進行充電,但如果使用其他的充電器,則無法保證快速充電效果。

如果你不確定自己手頭的充電器是否支援快速充電,也可以簡單地通過充電頭上標識的參數進行判斷:

「圓圈閃電」標識表示支援高通 Quick Charge 技術,只要你的手機搭載了高通處理器,基本上都可以用這種充電頭實現快速充電。

「輸出功率」則決定了充電速度的快慢,功率在 15W 以上的充電頭都屬於快速充電頭。一般來說功率較大的充電頭,充電速度會相對更快一些,但具體還要視機型的支援情況。

比如用小米 6 標配的充電頭,給小米 6 充電能夠以 15W 的功率進行充電,但給紅米 Note 4X(驍龍 625 版)就只能以 10W 的功率充電,雖然都屬於 Quick Charge 的範疇,但充電速度差距明顯。

至於 OPPO 採用的 VOOC 閃充方案,由於定制化程度更高,因此只有使用標配的 VOOC 充電器以及充電線才能實現 20W 功率的快速充電。

值得一提的是,手機充電的功率是由手機進行控制的,不同標準之間存在「握手協議」。充電器會自動根據手機的指令對輸入功率進行調控,因此不必擔心大功率充電器把燒毀手機的問題。反倒是大功率充電器不容易滿負載運行,因此發熱量會比小功率的充電器更小一點。

至於萬年標配 5W 慢充頭的 iPhone,建議購入蘋果官方的 12W 充電器,這也是性價比較高的 iOS 設備快速充電解決方案。

iPhone 8 / iPhone X 雖然支援快速充電,但需要額外購買蘋果官方的 29W 充電器以及 Lighting 轉 USB-C 的數據線。

如果選購 12W 的充電器,雖然輸入功率上不如 29W,但已經比 5W 的慢充頭快得多了。根據 AppleInsider 的測試,給 iPhone 8 Plus 充滿電,12W 充電器雖然比 29W 的慢了約 20 分鐘,卻足足比 5W 慢充頭快了一個小時。

此外,12W 充電器還能給舊款的 iPhone 6s、iPhone 7 充電,可以實現最高 10W 的充電功率,這也比原裝的 5W 慢充頭快多了。

在電池技術沒有大步闊進的情況下,「快速充電」對用戶體驗的確有顯著的提升。但混亂的快速充電標準、配件的兼容性問題,又成為製約「快速充電」的短板。

得等到什麼時候,Android 才能統一快速充電標準,iPhone 才會標配快速充電頭呢?


疫情促數位轉型,資策會用 STEPS 方法論助產業無痛升級

面對疫情期間面臨消費者行為的改變、電子商務侵蝕實體零售服務業的市場等態勢,台灣中小企業、零售業和實體通路品牌,必須加速數位轉型腳步,才能繼續保有競爭力!
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Photo Credit:unsplash
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COVID─19 疫情讓全球產業界都受到嚴重衝擊,而台灣自 5 月中旬啟動三級警戒後,首當其衝的當屬零售服務業、教育產業、旅遊觀光等,企業界體認「數位轉型」趨勢已然成形的事實。而顧問公司 KPMG 亦指出,台灣有超過 40% 的執行長認為,疫情會加速企業數位轉型的步伐。在防疫期間,消費者亦會更加普遍地使用數位通路;因此,具備數位營運能力已成為公司營運的基本功。

本文專訪有 10 多年產業研究及數位輔導經驗的資策會創生服務處跨域共創中心主任張為詩,分享哪些產業最需要做數位轉型?究竟企業做數位轉型會面臨到何種困難?執行數位轉型有何成功的秘訣?

針對上述疑問,張為詩指出,在疫情爆發之前,談到「數位轉型」這件事,比較像是企業內部的口號,某些人以為,把公司內部流程數位化,就是「數位轉型」,甚至部分業者認為導入 AI 等新興科技就算完成數位轉型。去年全球疫情爆發,台灣卻仍如常上班上課,企業對於數位轉型便無迫切需求。反觀,今年 5 月中旬爆發本土疫情後,許多企業便意識到「數位轉型」是一件非做不可的事。

「這段期間發生的問題,是以前從未想像過的。比方說遠距教學,從前只在偏鄉教育裡推動,但現在每間學校、每個老師和學生都要使用遠距教學,甚至連同泛教育體系的各式補習班如插大、研究所、高普考等,也必須有所改變。另外像是研討會、工作坊這些著重現場感的會議,現在都必須要改成線上進行,甚至如『線上展會』,完成一套模擬的線上商品展也是需要投資的,但現在若不做這樣的投資,客戶就完全看不到你的東西」,張為詩說,「疫情讓民眾的生活型態完全改變,連帶使『零接觸經濟』蓬勃發展」。

STEPS 五步驟 數位轉型方法論

企業主既然意識到「數位轉型」之不可不為,但究竟要如何去執行?他們大多沒有答案。而且,企業面臨數位轉型的最大難題即是缺乏專業人才,並且缺乏系統化的方法工具。對此,資策會在今(2021)年中出版《數位轉型進化論-step by STEPS》,以會內歸納出的 STEPS 數位轉型方法論架構,藉以系統化助企業拆解數位轉型的挑戰,並實際推動轉型案例經驗,輔助培育相關數位人才。

所謂「STEPS」即為 Survey(需求挖掘)、Target(擬定主題目標)、Engage(鏈結組隊)、Pilot(市場先導驗證)、Spread(服務廣度擴散)共 5個步驟。而創生處北中南各地的「RDTIH 區域數位轉型中心」,即應用此架構,並透過會內數位轉型顧問,來傳達數位轉型的重要性。

資策會數位轉型STEPS方法論。Photo Credit:財團法人資訊工業策進會

作為資策會第一線業務與地方智庫幕僚單位的創生服務處,去年底開始推動 RDTIH 區域數位轉型創新中心 (Regional Digital Transformation Innovation Hub),創生處主任張為詩說明,RDTIH 概念是來自歐盟 2016 年提出「數位創新中心(Digital Innovation Hubs, DIHs)」,主要是協助以一站式服務據點(one-stop-shop )的型式,提供企業所需知識、方法、軟體、技術平台、解決方案和測試設施及場域,與地方的產官學界合作,形成各地區的 Ecosystem 商業生態,協助中小企業轉型。

RDTIH 區域創新中心 扶植北中南特色產業善用數位工具

由於資策會創生處在北部、中部、南部都有辦公室,且北、中、南產業的主題特色各不相同,例如很多 AR/VR 業者都位於北部,因此北區 RDTIH 服務項目即以互動體感科技為主,提供業者們試驗與創新的場域。

而中區則是製造機械產業的重點聚落,其中又以自行車、DIY 手工具及水五金為主。因此中區 RDTIH 提供諮詢診斷、數據商情分析、商模規劃、科技導入測試、產業成果推廣,帶領中部產業進入數位高階製造及智慧運動觀光領域。

南部產業則包括扣件、金屬等傳統製造業,另外則有近期政策主推的 5G 文化、AIoT 產業等。南區 RDTIH 主要任務是運用 5G/AIoT 等智慧科技,推動南部產業數位轉型,打造南台灣數位轉型生態聚落,服務領域包含智慧製造、體感娛樂、運動娛樂、智慧醫療等多方位業務,同時也擔任區域產業調研專家與地方政府智庫幕僚。

資策會創生服務處跨域共創中心主任張為詩。Photo Credit:財團法人資訊工業策進會

飯店高層 尋求數位轉型方向

創生處 RDTIH 的數位顧問在協助企業做數位轉型時,曾發現不少有趣案例。張為詩舉國內某家飯店集團為例,這家飯店的老闆在疫情期間仍需出國考察,入境後需要隔離,這期間他每天都滑 FB,看到各企業粉專的貼文,於是老闆覺得「小編」這個職務非常重要,要求行銷部立即處理。於是創生處便請了公關專業人士來幫這個集團所有的小編上課,為飯店品牌做正面的網路行銷。

後來這位飯店老闆又滑 FB 發現其他同業都已投入線上購物,他認為自家的商城也需要改進。而疫情期間訂房數明顯下降,空房率變高,這些空置的客房要如何行銷出去?老闆和高層主管們迫切想找到數位轉型的方向,資策會顧問以  STEPS 方法論,助其擬出智慧酒店的發展藍圖;也就是現在很夯的「無人旅店」,旅客從 Check in到進房門,都不需要看到真人,也能減少疫情期間人與人的接觸。

觀光樂園 借科技力量拉回顧客

另一個「觀光樂園」的案例,則是由於近年娛樂選擇趨於多元,主題樂園業者面臨來自觀光工廠及生態旅遊的競爭,迫使樂園業者力求轉型,借助科技力量讓原有設施產生更豐富的娛樂效果,成為主題樂園轉型的重要作法之一。

資策會創生處顧問團隊運用數位轉型方法論(STEPS),協助樂園業者規劃具備「沈浸娛樂體驗」、「群眾互動性」與「空間複合效益」等特色的商品,將 VR 海盜船/雲霄飛車、AR 摩天輪/咖啡杯、VR/AR 互動解謎/密室鬼屋等設施分門別類,最後選定以高互動程度及空間複合效益較大的「VR/AR 互動解謎與密室逃脫」為主題產品,達成強化科技娛樂體驗,並解決營運坪效和服務人力問題,進而提升入園人次與消費者再入園意願的目標。

哪些產業亟需數位轉型?

張為詩認為,數位化正在改變用戶的期望。用戶希望簡單、便捷及用戶良好的體驗,企業則需要重塑用戶參與模式。此外,所謂的競爭對手已經不僅僅是行業內,很有可能是其他的產業,而且這些對手可能是巨頭公司,且往往因新進入者的玩法不同,帶來不同的遊戲規則。

以最近興起的雲端廚房為例,張為詩分享,「過去餐飲業新創面臨前期投資門檻高,但後期回收速度慢,經常入不敷出,容易倒閉。雲端廚房只有廚房設施、廚師以及食材,運用外送平台或是自家外送服務提供餐點的營業模式,租金及其他間接成本可降低 25%,人事成本平均可減少 20%。甚至,陸續發展出包含共享廚房、品牌餐飲代工、自創品牌等新興商業模式,甚至讓雲端廚房變成新創加速器的角色。」

台灣目前亟需數位轉型的產業,不只有超過 100 萬家的中小企業,還有平常接觸最多消費者的零售服務業,疫情期間面臨消費者行為的改變,及電子商務正在侵蝕實體零售服務業的市場,因此,中小企業、零售業和實體通路品牌必須加速數位化腳步,才能繼續保有競爭力!