标签: MagSafe

什么是锂电池？ 锂电池(LithiumIonBattery,LIB)是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。锂离子电池中的电解液是或凝胶体与聚合物的混合物。电池的正极或负极必须具有类似海绵的物理结构，以接收或释放锂离子。在充电时，锂离子从负极材料移出到电解液中，再像水进入海绵一样地锂离子会嵌入正极的材料孔洞之中，放电的过程则完全相反。现在3C产业常提到的锂电池其实是锂钴电池，广义的可充放锂电池是指由一个石墨负极、一个采用钴、锰或磷酸铁的正极、以及一种可以运送锂离子的电解液所构成。锂离子电池的材料系统在已成功发展出商业化的锂离子二次电池，可以多次充电反复使用，这是因为锂离子二次电池的正极与负所使用的化合物能够容许锂离子的进出，而不会造成材料结构发生不可逆的变化，所以能让锂离子在充放电过程中往返于正负极之间。 锂电池标准电压为3.7 V，充饱时端电压可以到4.2 V。因能量密度高、无记忆效应且循环寿命长，如今许多3C产品都以锂离子电池作为电源。锂电池的缺点为不耐过放与过充，错误使用除了减少电池寿命，甚至会有热失控导致爆炸燃烧的安全性疑虑。市面上绝大部分的锂电池都会配备保护电路，或在电池芯结构上设计防爆机制。 因为锂离子电池的工作原理是正极和负极之间的离子运动。理论上，这种机制应该永远有效，但随着时间的推移，循环、高温和老化会降低性能。所以制造商都采取保守的方法，将大多数消费品中的锂离子电池的寿命指定为 300 到 500 次放电/充电循环。 由于锂离子电池在受热时会受到压力，将电池保持在高充电电压也是如此。电池温度高于 30°C (86°F) 即被视为高温，对于大多数锂离子电池，电压高于 4.10V/cell 即被视为高电压。将电池暴露在高温下并长时间处于完全充电状态可能比多次的电池循环更容易让电池失效。 根据 的研究指出，如果在0°C的温度下替电池充电至40%，一年后电池的健康度还能保有刚出厂时的98%，若是一样在0°C的温度下替电池充电至100%，一年后电池的健康度还能保有刚出厂时的94%。但随着充电温度的增加，在充到40%与100%的状态之下，可以看到若是在60°C的状态下充电且充到100%，只要三个月就可以让电池的健康度剩下60%。 资料源：Battery University 由于无线充电时是靠电磁感应的技术，通电后的磁圈会产生磁场变化，驱使电子流动产生可充电的电流，因为电流的产生一定会产生相对应的热能，充电越快热能产生的越高，所以无线充电器不仅仅要让电池充的快，还要能让电池健康度下降的比较慢，因此控制充电时的温度就成了无线充电器重要的一个考量点。 温度VS充电速度 根据充电时的温度跟充电的速度是否有相关联，这里使用以下设备来进行相关的实验： 原厂MagSafe充电器的表现 原则上Apple原厂MagSafe充电器在iPhone上： 电量方面 电量30%之内的充电时间最短，80%以上的充电时间最长，30到80%的充电部分则是每10%的充电时间接近20分钟的表现。 温度方面 平均约莫都是40度左右，到了80%以后会温度下降，表示Apple在充电速度与温度的控制上表现的最好，不会因为要快速充电而牺牲了电池与充电器的健康度。 Samsung的手机 则可能是受限于Samsung手机对无线充电器的特性不同，在0%到10%的部份充电时间相对比较久一些，约莫需20分钟，加上手机壳之后的充电时间，也相对不如裸机来的固定，会有忽快忽慢的状况发生, 虽然以温度方面来说，都大约贴近40度左右与Apple差不多，但对比Apple手机来看，表现较为一致，Apple手机在原厂充电器上的充电管理也相对做得比较好。 B牌MagSafe Compatible充电器的表现 在B牌MagSafe Compatible充电器上，可以得出在Apple手机上的表现跟Apple原厂MagSafe充电器的表现差不多。加上保护壳后，很明显的在Samsung手机上可以一路维持每10% 20分钟左右的充电速度，不会像apple手机在最后80%以后充电时间稍长，在温度方面也是大约都维持40度左右，不像Apple手机80%后会有明显的温度下降，但因为Samsung手机在加了保护壳后一路以相同的速度充到满电，相较于Apple在加保护壳充电这部份对于电池保护的机制可能差了一点，所以对电池的潜在威胁也可能比较大。 C牌MagSafe Compatible充电器的表现 在C牌的MagSafe Compatible充电器上，Apple手机加手机保护壳后的部份，基本上每10%的充电时间都到了将近40分钟左右，温度方面虽然也是在40度左右，但是在加了保护壳的之后，相对于裸机充电整体充电时间变的很慢，分析可能是因为加了保护壳的厚度之后，MagSafe充电器与apple手机间的电磁感应能力不够强，所以充电很慢。在Samsung手机上则是加了保护壳之后比裸机充电较正常一点，充电时间都大约在每10% 20分钟左右，在裸机充电的时候，从充电曲线可以看出充电时间相当不固定，相较于对比前面的Apple跟B牌，较大的厂牌有经过测试验证的充电器对于手机和充电的安全性会比较有保障。 未来在手机的连接性上可能会从传统的以连接线充电转向以无线充电的模式进行充电，减少进水进灰尘以利手机减少故障的机率，因此手机支持无线充电已成为手机厂商的未来发展方向，在此前提之下无线充电器的温控以及安全且快的充电速度已成为必要的发展重点。

什么是MagSafe？ MagSafe是一个磁性无线供电传输标准，最初于2006年在Mac系列笔记本和计算机上推出。2020年10月13日，苹果公司发布了新版本MagSafe，同时发布的还有iPhone 12和iPhone 12 Pro。新版本的MagSafe能提供高达15w的功率，并向后兼容Qi标准。所以MagSafe要分成MagSafe for Mac和MagSafe for iPhone两个部分来看。 MagSafe for Mac MagSafe首次出现在2006年1月10日的MacWorld会议与博览会上，透过磁力固定电源接口，在人不小心被电线绊到的时候可以安全的自电源接口移除，不会因为拖拉而将计算机扯下摔坏造成损毁，可以大大提升人身以及计算机的安全性。 MagSafe 1 2006-2009年推出的MagSafe 1如下图，接口脚位经设计因奇为长方形可以正反吸附于Macbook上，并且在两面都附有指示灯，充电时为橙色，充满为绿色。 2006-2009年推出的MAGSAFE 1 2010-2012年推出L型的MagSafe 1如下图，接口脚位跟旧款的一样，但是设计由T型变成L型。 2010-2012年推出的L型MAGSAFE 1 MagSafe 1充電器提供三款不同功率如下表： MagSafe 2 2012-2014苹果为了将比电变的更轻薄，因此重新设计了MagSafe 2以适应新型的轻薄笔电，且重新采用T型的设计，并将接头的外壳由塑料改成了铝制如下图： MagSafe 2充电器提供三款不同功率如下表： 因2015年起，支持Type-C接头的Macbook问世，因此苹果将MagSafe 2取消，全面导入Type-C充电。 MagSafe 3 2021年10月18日因苹果发表新Macbook Pro，并受惠于PD 3.1的导入，因此可以承受100W以上的充电功率，以新的Macbook Pro M1 Pro&M1 Max来看，最高可以提供140W的充电速率，且以往MagSafe1&2都是以充电线与充电头不可分离的形式贩卖，MagSafe 3则是受惠于Type-C的导入，以线材形式导入，使消费者可使用各种遵循PD协议的Type-C充电头搭配MagSafe 3为Macbook充电。 MagSafe for iPhone 2017年苹果所推出的iPhone 8及iPhone X导入无线充电(Qi)，并在其后推出的iPhone都加入了无线充电功能，但充电的瓦数速度限制最快只有7.5W，加上手机及充电器摆放的位置无法固定，导致有可能因失准而无法将电充入手机中，为了解决问题，苹果便将磁吸技术应用在无线充电器上，在2020年随iPhone 12的发表，推出了新一代专为iPhone设计的MagSafe充电器，而在iPhone 12以后的所有手机也都导入了MagSafe的磁吸充电功能。 苹果利用电磁感应的技术，通电后的磁圈会产生磁场变化，驱使电子流动产生可充电的电流。在电磁感应的基础上，于手机内部的无线充电线圈(Charging coil)外围加入一圈磁铁(Magnet array)，让支持MagSafe的充电器可以准确的吸附在正确的充电位置上，实现紧密吸附不会轻易位移的充电，也将原先最高7.5W的充电速度提升到15W，并且新增奈米晶面板(Nanocrystalline)和两个传感器增加感应磁场的灵敏度，同时改良屏蔽层(E-shield)的设计以增加充电的安全性。 虽然iPhone自12代起皆同时支持MagSafe与Qi无线充电，但在使用上还是有以下的差异： 了解Made For MagSafe(MFM) 与 MagSafe相容(MagSafe Compatible) MagSafe因为是苹果推出的专利技术，透过磁性吸附，可以有效摆脱使用时行动装置被电线缠绕的问题，目前被广泛运用在保护壳、充电器、行动电源和卡套等外围装置，MFM的认证类似之前的Made For iPhone(MFi)认证，周边装置生产厂商必须通过Apple的严格审查机制，才能获得苹果的认证授权，得到MFM的认证标章。 通过MFM认证的充电装置，可以提供iPhone最高15W的无线充电速度，并且在充电时会触发黑底绿色闪电的充电图示动画： MagSafe兼容(MagSafe Compatible)则是充电器具有磁吸的功能，但是因为没有通过MFM的认证，所以在为iPhone充电上，如同前面表格所提，只能为走Qi的无线充电规范，也就是最高7.5W的无线充电速度。但若是为其他的Android设备充电的话，假设MagSafe兼容的充电板提供15W的充电速度，那此充电器就可以为Android手机提供最高15W的无线充电速度，当然前提是您的Android设备也要支持Qi 15W的充电速率。 MagSafe Wireless Charger VS MagSafe Compatible Wireless Charger 百佳泰针对市面上百家争鸣的手机MagSafe/ MagSafe Compatible充电器为目标，进行比较性的实验。我们选择了三款MagSafe充电器，比较不同的MagSafe充电器在充电上的表现，另外搭配不同的MagSafe保护壳，纪录电池从0%到100%的充电时间。 从充电时间来看，Apple原厂MagSafe充电器(216分钟)在裸充的状态之下，充电的时间明显少于B牌MagSafe Compatible充电器(252分钟)，但跟白牌(222分钟)差不多，B牌无法在裸机时以15W快充手机，符合其MagSafe Compatible 7.5W充电的状态。 因为MagSafe无线充电器并非仅能充Apple的手机，所以百佳泰也选择了一支支持无线充电、电池容量大小与手机尺寸大小与iPhone 12 Pro相近的Android手机来做实验，一样使用Apple Type-C Charger搭配MagSafe充电器量测裸机与搭配两个MagSafe保护壳的充电时间。 从量测数据可看到，Samsung S9搭配Apple原厂MagSafe充电器与白牌充电器的裸机充电时间压在220分钟以内，但在B牌MagSafe Compatible充电器的充电时间来到323分钟，所以可以得知不论在Apple或是Android上，Apple原厂MagSafe充电器都能提供稳定的输出，但在B牌上有极慢的状态；在白牌上则出现极快的充电状况。 在Apple与Android手机两组实验中，我们发现Apple与B牌充电器在搭配MagSafe保护壳上，皆能充出比裸机充还快的充电时间，在经过研究之后，得知充电的发热温度会影响充电器的充电速度，因无线充电是靠电磁感应的技术充电，当手机充电速度越快时，发热就会越高，此时优良的无线充电器就会启动保护机制，限制充电的速度，以保证不会过热，当搭配了保护壳之后，无线充电器与手机间多了一个介质，可以让充电器感应到的热度不至于启动保护机制的状态，因此在大部分的充电时间才能以最大的功率充电。在白牌的充电器上，相较于质量有保障的品牌来说，在设计与保护上皆缺乏保证，所以才会出现裸机充电时速度有快有慢，再加上保护壳后因厚度增加，反而无法稳定充电的情形。