как происходит зарядка телефона
«Память аккумулятора», зарядка с 0 до 100% и «перезаряд»: правда и мифы о батареях смартфонов
Осенью прошлого года техноиндустрия перешла в новую реальность: производители один за другим начали убирать зарядные устройства из комплекта смартфонов. Компании объясняют это экологией и тем, что дома у пользователей наверняка хранится много зарядок от старых смартфонов и другой электроники. Заявление как минимум спорное, но не меньше дискуссий возникает вокруг самого́ процесса зарядки: как вообще восполнять энергию так, чтобы через 8—10 месяцев смартфон не стал разряжаться в полтора раза быстрее. Мы собрали всю информацию о правильной зарядке.
Важно понимать: сохранить емкость аккумулятора в первозданном виде не получится — уже с первым получением заряда он начинает очень медленно деградировать. Тем не менее можно сделать простые вещи, которые реально продлят срок службы аккумулятора. Это как с молодостью: оставаться вечно юным нельзя, но здоровый образ жизни и правильное питание без вредных привычек позволят, насколько это возможно, оставаться в тонусе значительно дольше.
«Эффект памяти» — миф
Удивительно, как стереотипы застревают в наших головах. Один из расхожих мифов о зарядке аккумуляторов касается «эффекта памяти». Суть в том, что батарею нужно заряжать до 100% и «высаживать» до нуля. Иначе, мол, процесс заряда будет некорректным. Это было справедливо только для никель-металл-гидридных (Ni-MH) и никель-кадмиевых (NiCd) аккумуляторов — такие уже и не встретить в смартфонах, планшетах, умных часах.
Производители давно перешли на литиево-ионные (Li-ion) батареи. И они как раз не подвержены «эффекту памяти». Более того, зарядка по старой методике (100% — 0% — 100%) нежелательна для актуальных аккумуляторов. У исследователей из разных центров различаются рекомендации по использованию литиево-ионных батарей, но в чем они единогласны — такие аккумуляторы не любят полного разряда и максимального заряда. То есть лучше всего не допускать падения заряда ниже 20—30% и не поднимать его выше 70—80%.
Постоянное удержание энергии в пределах 20—80% обеспечивает оптимальные условия для долголетия батареи.
Об этом прямо говорит Samsung на своем сайте: «Лучше не допускать падения заряда ниже 20%. Полный разряд может сократить время жизни батареи».
Правда, такой вариант не всегда удобен. Во-первых, получается, полную емкость лучше не использовать. Во-вторых, многие люди оставляют смартфон заряжаться на ночь. Это логичный сценарий: за день активного использования аккумулятор почти наверняка будет в районе 20—30%, какой бы крупной ни была батарея. Поставил заряжать, лег спать — и утром 100%. Главное — использовать только оригинальные и сертифицированные производителем смартфона зарядные устройства, кабели и беспроводные «подушки». «Ноунейм» за пару рублей из киоска на рынке может не только быстро прикончить батарею, но и привести к возгоранию.
«Перезаряда» не бывает
Все современные устройства с аккумуляторами останавливают подачу энергии по достижении 100% заряда, и в этом плане опасности никакой нет. Смартфон можно оставлять на ночь подключенным к сети, «перезаряда» не существует. Другое дело, что в режиме ожидания смартфон продолжает расходовать заряд, пусть и делает это очень медленно. В результате, когда емкость падает до 99%, электроника просыпается и вновь разрешает зарядку, пока она не дойдет до 100%. И вот это уже не лучшим образом отражается на долголетии аккумулятора. Но по сравнению с другим вредоносным фактором — в первую очередь высокими температурами — критичной такую проблему не назвать.
По этой причине в iOS появился «оптимизированный» режим зарядки. Система запоминает ваш сценарий использования, и при подключении к розетке на всю ночь смартфон сперва получит 80% заряда, а потом, незадолго до вашего пробуждения, восполнит батарею до максимума.
Что такое цикл зарядки
Производители рассчитывают срок службы аккумуляторов в своих устройствах исходя из циклов зарядки. Например, у iPhone это 500 циклов, за которые емкость не должна упасть ниже 80% от первоначальной. На первый взгляд кажется, что один цикл — это когда девайс просто зарядился до максимума. В реальности же все чуть сложнее.
Допустим, вы поставили смартфон на зарядку, когда у него оставалось 35% заряда. По достижении 100% полный цикл не завершился, потому как аккумулятор зарядился только на 65%. И лишь когда остаток энергии упадет со 100 до 65% (то есть минус 35%), цикл будет засчитан.
Поэтому небольшое на первый взгляд число циклов, на которые рассчитан аккумулятор, не должно пугать: 500 циклов не равняются пяти сотням подключений к зарядке, если только все пятьсот раз аккумулятор не был разряжен до нуля.
Во время зарядки лучше оставить телефон в покое
При подключении к источнику питания смартфон продолжает работать от аккумулятора. Важно по возможности снизить энергопотребление в момент зарядки, то есть просто не пользоваться устройством час-полтора. Активное использование смартфона во время зарядки приводит к микроциклам и ломает привычный сценарий «закачивания» энергии. В результате нарушается работа отдельных ячеек, и они могут терять заряд быстрее других.
Если без телефона жизнь невозможна, постарайтесь не запускать энергоемкие приложения — особенно видео и трехмерные игры. В таких случаях при сильной нагрузке на «железо» статус заряда может даже не меняться. Значит, зарядное устройство не способно наполнить батарею энергией, потому как она расходуется в слишком больших количествах. Также большой расход энергии приводит к нагреву батареи, что очень негативно отражается на ее жизни.
Не использовать чехлы
Это кажется излишним и неудобным: постоянно доставать смартфон из чехла на время зарядки. Но такая рекомендация есть даже на официальном сайте Apple. Причина — литиево-ионные аккумуляторы довольно чувствительны к высоким температурам, и некоторые чехлы создают эффект парника.
— Если вы заметили, что ваше устройство нагревается во время зарядки, первым делом извлеките его из чехла, — советует Apple.
С само́й температурой все непросто. Идеально, если она в районе 20 градусов. Чем выше — тем сильнее изнашивается аккумулятор и, соответственно, быстрее теряется емкость. Исследование организации Battery University показало, что за год постоянных зарядок до 100% при температуре 25—30 градусов емкость упадет до 80%, а при температуре 40 градусов — до 65%. Если заряжать при 60 градусах, то понадобится всего три месяца на падение емкости до 65%. Здесь особое внимание нужно обратить в солнечные дни: не оставляйте телефон на подоконнике или торпедо машины, особенно во время зарядки.
Однако литиево-ионные батареи боятся не только высоких, но и низких температур, поэтому в зимнее время оптимально носить смартфоны не в сумках, а во внутренних карманах одежды.
Быстрая зарядка
Здесь мнения специалистов расходятся. Судя по всему, дело просто в относительной новизне быстрых зарядок и их недостаточной изученности. Исходя из имеющейся информации, быстрая зарядка не вредит.
Такие зарядки созданы для максимально оперативного насыщения батареи энергией. Условно, забыли перед сном подключить кабель к телефону, утром проснулись — а там 5%. И впереди напряженный день с мотанием по городу. Тогда быстрая зарядка реально спасает: пока завтракаете и собираетесь, она восполнит аккумулятор до 70—80%. Потом забрали телефон и побежали по делам. И именно это — оптимальный сценарий для быстрых зарядок. Ждать зарядки до 100% не рекомендуется.
Инженер издания iFixit Артур Ши сравнивает аккумуляторы с губками: если капать на нее воду, сперва влага впитывается отлично. Но если продолжать это делать долгое время, вокруг губки образуется лужа. Во избежание схожей ситуации примерно после 80% заряда оставшиеся 20% накапливаются значительно медленнее. В таком случае польза от быстрой зарядки уже теряется.
Если все перечисленное кажется неудобным и заставит ломать свои привычки — ничего страшного, рекомендации можно игнорировать. Аккумулятор в любом случае, даже при соблюдении всех правил, будет деградировать: вопрос только в скорости потери емкости. Из личного опыта — за год iPhone XS Max в чехле при регулярных ночных зарядках оригинальным «кубиком» либо сторонней беспроводной «подушкой» потерял только 2% емкости.
Если не собираетесь пользоваться смартфоном дольше полутора-двух лет — можно не заморачиваться. Однако несколько очень простых правил позволят сохранить батарею пусть не в первоначальной кондиции, но в близкой к ней. А значит, устройство будет дольше работать на одном заряде и не подведет в важный момент.
Как работают зарядные устройства
Последнее обновление: 07/05/2021
Аккумулятор в смартфоне, планшете или любом другом устройстве нуждается в своевременной подзарядке. Для этой цели используются зарядные устройства, идущие в комплекте с каждым аппаратом. Из статьи вы узнаете, как работают зарядные устройства, а так же почему важно заряжать аппаратуру только качественным источником внешнего питания.
Принцип работы зарядного устройства
Задача любого зарядного устройства – передать энергию из внешнего источника в смартфон или носимый аксессуар. В качестве внешнего источника энергии обычно используется сетевая розетка или автомобильный прикуриватель. Так же широкое распространение получили «универсальные мобильные батареи» или сокращенно УМБ. Такие устройства содержат встроенный источник питания, что позволяет накопить некоторое количество энергии, а после передать любому другому устройству. А ещё активно используются беспроводные зарядки с методом электромагнитной индукции.
Поскольку выходная мощность большинства источников внешнего питания избыточна, за исключением УМБ, для зарядки мобильной электроники требуется предварительно снизить выходную мощность. Поэтому элементная база внутри зарядного устройства снижает параметры тока и напряжения до необходимого для подзарядки уровня. Оптимальный уровень зарядки для каждого устройства определяет производитель мобильной электроники, что комплектует каждый аппарат необходимым адаптером.
После подключения зарядного устройства к смартфону или другой технике, значения входящей энергии ещё раз преобразовываются. Поскольку на разных этапах зарядки батареи требуется тонкая регулировка силы тока и напряжения. Кроме того силовые элементы на материнской плате работают при пониженном напряжении. Поэтому каждый аппарат оснащен контроллером питания для преобразования энергии, а так же обеспечения энергией всех силовых элементов.
Дополнительный контроллер питания располагается непосредственно на батарее. Чип ограничивает подачу энергии при достижении максимального допустимого напряжения, а так же отключает отдачу энергии при достижении минимального напряжения. В обоих случаях контроллер предотвращает преждевременную поломку аккумулятора.
В случае с беспроводной зарядкой передача энергии осуществляется не через USB порт, а индукционную катушку. Передающая катушка создает электромагнитное поле, что улавливает катушка получателя внутри мобильного устройства. Далее полученная энергия через контроллер питания направляется в батарею.
Зарядные устройства на солнечных элементах преобразовывают тепловую энергию в электричество. Каждая ячейка внутри солнечной панели выполнена из полупроводникового материала, что при нагреве высвобождает приток электронов. Электрическое поле заставляет двигаться электроны в определенном направлении, что и позволяет получить энергию. При этом на выходе мобильной солнечной батареи имеется преобразователь, благодаря чему энергия выдается с определенными параметрами силы тока и напряжения. При недостатке светимости выдаваемая мощность снижается.
Разновидности зарядных устройств
В продаже встречаются несколько типов зарядных устройств:
Сетевое зарядное устройство предназначено для подключения к электросети через розетку. Такие зарядки наиболее распространены и рассчитаны обычно на работу с входящим напряжением 100-240V. Так же в категорию сетевых зарядок входят «Зарядные станции», что отличаются расширением до 20 штук портов, что позволяет заряжать несколько устройств одновременно.
Автомобильная зарядка предназначена для подключения к прикуривателю в автомобиле. Максимальное количество портов – 5.
Беспроводное зарядное устройство работает по методу электромагнитной индукции. Само же устройство представляет собой только зарядный модуль и нуждается в дополнительном сетевом, автомобильном или USB питании. Одновременное количество площадок для зарядки не превышает трех штук.
Универсальная зарядка позволяет заряжать батареи различного типа через электросеть. Поскольку большинство современных источников питания встроенного типа, универсальные зарядки не востребованы.
Гибридное зарядное устройство сочетает несколько типов зарядки. Наиболее популярными вариантами считаются сетевые удлинители, где имеется несколько розеток для сетевого подключения и блок питания с несколькими USB портами.
Портативное зарядное устройство или УМБ содержит встроенную батарею и 1-3 порта для подзарядки различной электроники через USB подключение. Некоторые модели содержат встроенную беспроводную зарядку. При этом беспроводное зарядное устройство так же подключается и через USB порт.
Зарядки на солнечных элементах состоят из одной или нескольких панелей. Чем больше размер и количество панелей, тем больше энергии получится извлечь. При этом работают такие зарядки только при наличии света, что не мешает добывать энергию без доступа к розетке. Рационально использовать солнечную зарядку в сочетании с УМБ: днем заряжать переносную батарею, а вечером запасенную энергию отдавать электронным устройствам.
Почему важно использовать качественный источник питания
Зарядные устройства отличаются преимущественно элементной базой. В качественных аксессуарах преобразование энергии происходит плавно без всплесков по току и напряжению, образованию помех и пульсаций. Некоторые модели зарядных устройств получают сертификацию с защитой при превышении тока, напряжения, перегрузки, температуры, короткого замыкания и т.д. В случае опасности сработает предохранитель, что прекратит подачу питания на устройство, а в худшем случае сгорит только предохранитель.
В дешевых зарядках стоимостью 3-7 USD обычно производители экономят на всех компонентах. Аналогичная ситуация с подделками. Отсутствие сглаживающих фильтров и прочих необходимых компонентов в силовой схеме нагружает контроллер питания внутри смартфона или другого устройства. В конечном счете, при оптимистических сценариях контроллер или другой элемент на плате выгорает и нуждается в ремонте, что обойдется минимум в 3 раза дороже качественного зарядного устройства. Например того же AUKEY PA-U28 или обновленной версии AUKEY PA-T9. Поэтому зарядку требуется производить оригинальным зарядным устройством или качественным аналогом.
Вывод
В статье подробно описано, как работают зарядные устройства. Для зарядки любой электроники важно использовать оригинальные аксессуары или качественные аналоги. Поскольку экономия в несколько долларов, в конечном счете, обернется дорогостоящим ремонтом.
Какие у вас имеются вопросы? Оставляйте сообщения в комментариях под статьей.
Гайд: как правильно заряжать новый смартфон
Люди вокруг меняют смартфоны достаточно часто и порой не по собственной инициативе Кто-то их просто разбивает, ввиду не очень аккуратного обращения, смартфон приходит в негодность. Сменить один смартфон на другой становится процедурой проще, чем ремонт старого. Другие — просто любят все новое и следят за новинками и передовыми технологиями. А у третьих сильно деградирует аккумулятор, аппарат уже не способен прожить один рабочий день и все время просит подпитки. Вот про них-то и пойдет сегодня речь, а точнее о том, как при покупке нового смартфона максимально уберечь аккумулятор от такого состояния. Чтобы быстрой деградации аккумулятора в смартфоне не происходило — я расскажу как правильно заряжать новый смартфон, что делать во время эксплуатации гаджета не стоит, а что наоборот — продлит срок службы батареи. Начнем немного с теории, чтобы войти в курс дела.
Содержание
Разновидности аккумуляторов в современных смартфонах
В современных смартфонах встречается всего лишь два типа аккумуляторов: литий-ионные (Li-ion) и литий-полимерные (Li-pol). Другие типы аккумуляторов, которые использовались ранее в кнопочных телефонах, постепенно ушли в историю, как менее надежные и более дорогие в производстве.
Основные плюсы современных аккумуляторов:
Но не стоит думать, что современные типы аккумуляторов совершенны, есть у них и недостатки. Основной — малый срок службы. Уже через 1 год эксплуатации пользователь смартфона явно заметит, что заряда аккумулятора его гаджета хватает на меньшее время работы. А через 2-3 года аккумулятор вообще может прийти в негодность или процент заряда начнет таять на глазах.
Фактически, производители смартфонов на сегодняшний день просто не имеют альтернатив Li-ion/Li-pol аккумуляторам. Аккумуляторы на основе графена казались прорывом в этой области: меньшие размеры и большая «емкость» в сравнении со стандартными аккумуляторами, к тому же возможность обеспечить просто «космические» скорости зарядки. Однако до сих пор мы не видим подобные батарейки в смартфонах, которые продаются серийно. Причина в сложности изготовления и конечной цене подобных источников энергии.
Зато производителям смартфонов приходится включать «смекалочку», придумывая альтернативы использования стандартных батареек. Пример тому — двойные аккумуляторы в смартфонах. Таким образом удается компактно разместить аккумуляторы внутри корпуса смартфона и заряжать их одновременно. К тому же при использовании быстрой зарядки нагрузка на два аккумулятора выходит меньшей, нежели это был бы один цельный элемент. Следовательно снижаются и риски воспламенения элементов питания. Примеры смартфонов с двойным аккумулятором: OnePlus 8T, Oppo Find X2, iPhone X.
Типы быстрых зарядок
На данный момент самые популярные технологии быстрых проводных зарядок различных производителей:
Cуть у всех примерно одна: в сравнении с обычной зарядкой мощностью 5-10Вт, все перечисленные технологии позволяют выдавать более высокие уровни напряжения и тока. При использовании специальных блоков питания в связке со смартфонами с поддержкой данной технологии можно неплохо сэкономить время при пополнении заряда аккумулятора. Однако в связи с этим получаем побочное действие — снижение ресурса аккумулятора. В интернете есть ряд исследований касательно потери «емкости» аккумулятора при определенном количестве циклов зарядок с помощью технологии QC 3.0 к примеру.
Коснулся прогресс и беспроводных зарядок, на рынке например на данный момент самый «навороченный» блок беспроводной зарядки от компании Xiaomi имеет мощность 30Вт. Хотя бОльшая часть Android-смартфонов поддерживает беспроводную зарядку мощностью лишь 15Вт, а смартфоны от Apple вообще только 7.5Вт. Физику не обманешь! Логика с зарядками по беспроводу все та же: выше мощность, выше температура, а значит и ресурс вашего аккумулятора снижается быстрее.
Правильная зарядка смартфона сразу после покупки
Если Вы принесли новый смартфон с улицы, а на дворе зима, то стоит подождать пару часов, пока температура смартфона не сравняется с комнатной. Только после этого стоит производить первый запуск. Если при первом запуске процент заряда аккумулятора менее 50%:
После этого повторять данные процедуры абсолютно необязательно и даже лучше не стоит.
Калибровка аккумулятора
Также можно провести калибровку аккумулятора. Данная процедура не носит обязательный характер, но полезна для профилактики внезапного отключения смартфона при заряде в 30-40%. Вдруг может оказаться, что заряда и не осталось вовсе. У меня такое лично случалось и ощущения были так себе… Я рассчитывал на те оставшиеся проценты, что отображались на дисплее смартфона.
Методика калибровки взята из личного опыта на основании изучения различных материалов в интернете.
После всех манипуляций просто включите смартфон и пользуйтесь на здоровье, ну или не совсем на здоровье)
Зарядка смартфона при ежедневной эксплуатации
Вы уже откалибровали аккумулятор или просто провели циклы полной зарядки/разрядки и пора уже начинать пользоваться своим приобретением на постоянной основе. Самое главное правило — НИКОГДА не разряжайте аккумулятор в 0%, это принесет лишь вред аккумулятору. Заряд до прям 100% также не очень полезен на самом деле.
Идеальный расклад: подзаряжайте смартфон, когда процент заряда упал до 15-20%. А снимайте с зарядки, когда на дисплее видите 80-90%. И ни в коем случае не ставьте смартфон на зарядку на ночь: гаджет все время будет держать заряд 100% и нагреваться, а высокая температура — одна из основных причин преждевременной «смерти» аккумуляторов. Перед тем, как ложиться спать — активируйте энергосберегающий режим/режим полета или отключайте передачу данных. Когда-то читал интересную статью от Эльдара Муртазина касательно вреда высокой температуры для аккумуляторов, там подробно расписано почему так происходит.
Не стоит увлекаться постоянным использованием быстрой зарядки, проблема все та же — сильный нагрев из-за высокого уровня тока. Лучше использовать не самый мощный блок питания на 5В/2А (10Вт), если Вы никуда не спешите в данный момент. Те же правила распространяются и на беспроводную зарядку: выше мощность — выше температура. Если у Вас флагманский смартфон, то скорее всего производитель хотя бы побеспокоился о системе теплоотвода, а для бюджетников дела обстоят явно хуже.
Как продлить срок службы аккумулятора
Все хотят, чтобы аккумулятор прожил подольше и деградировал медленнее. Для это воспользуйтесь простыми советами:
Самые частые вопросы
Итоги
В данном гайде я рассказал о всех основных тонкостях зарядки современных смартфонов и советах по эксплуатации, которые приведут к максимально долгому сроку службы аккумулятора. Надеюсь информация была полезна.
Соблюдайте основные правила использования смартфона сразу же после покупки и больше не придется жаловаться на быстрый расход аккумулятора и искать где же заменить аккумулятор на другой. Да-да, не все осмелятся самостоятельно заменить аккумулятор, ведь в 99% современных смартфонов — «неразборная» конструкция корпуса. Придется заказывать аккумулятор с Али или же искать в офлайне, обращаться в сервис по ремонту.
Пусть Ваш аккумулятор в смартфоне проживет долгую жизнь!
Зарядка смартфонов: история, факты, мифы
Сегодня рядовой смартфон щеголяет фантастическими возможностями. Расстраивает лишь одно — аккумулятор, которого едва хватает на день активной работы! В этом посте мы расскажем о том, как и почему эволюционировали источники питания в мобильных телефонах и что представляют собой технологии быстрой зарядки аккумуляторов. А заодно развеем несколько застарелых мифах о «правильном» обращении с батареями.
Привет, Хабр! Мы Anker, и это наш первый, но далеко не последний пост в хабраблоге. Если кто-то ещё не знает, Anker — крупнейший в мире производитель зарядных устройств для мобильной техники для продажи в ритейле, основанный бывшим инженером Google Стивеном Янгом. Однако одними зарядками наше портфолио не ограничивается. Под маркой Anker выпускаются разнообразные USB-кабели и пауэрбанки, наушники и портативные колонки, USB-хабы, док-станции и даже роботы-пылесосы! Причем всё это наши собственные разработки. Мы не занимаемся перемаркировкой чужих продуктов. В штате Anker состоят сотни инженеров, занятых реальными исследованиями, разработкой и испытаниями новых продуктов.
В этом блоге мы будем рассказывать о технологиях через призму нашей специализации, поделимся знаниями и инсайдами от международной команды Anker. Гарантируем, что никакой навязчивой рекламы и маркетинговых заявлений вы здесь не встретите. А прямо сейчас мы совершим маленький экскурс в историю зарядки мобильных телефонов (наша любимая тема). Как заряжались первые мобильники, как работают технологии быстрой зарядки и почему мифы об аккумуляторах давно пора забыть — рассказываем здесь и сейчас.
Батареи в телефонах позавчера, вчера и сегодня
История батарей для телефонов начинается в далеких 1940-х годах, когда в автомобилях полиции города Сент-Луис, шт. Миссури, появились радиотелефоны. Они питались от автомобильного аккумулятора, одного полного заряда которого хватало примерно на шесть коротких звонков. Заряжался автомобильный аккумулятор от включенного мотора автомобиля. Несколько десятилетий мобильные телефоны оставались дорогим аксессуаром премиальных автомобилей бизнес-класса — электроника той эпохи была настолько требовательна к силе тока, что ни один из компактных аккумуляторов не мог её запитать.
Первый автомобильный радиотелефон 1946 года выпуска. С одной стороны, прогрессивные беспроводные технологии. С другой, дисковой набор номера. Источник: Daderot / Wikipedia
Так продолжалось до 1973 года, когда появился первый по-настоящему портативный сотовый телефон Motorola, получивший впоследствии имя DynaTAC 8000X (вышел в продажу только в 1983 году). Телефон довольствовался никель-кадмиевым аккумулятором из шести ячеек общей ёмкостью 500 мА·ч. Одного заряда хватало на 30-40 минут разговора (в зависимости от силы сигнала с базовой станции).
Зарядное устройство для DynaTAC 8000X имело функцию капельной подзарядки — это питание уже заряженной батареи низкими токами для компенсации её саморазряда, чем очень грешат никель-кадмиевые батареи. На восстановление заряда телефона с нуля требовалось 10 часов. Для самых торопливых бизнесменов Motorola предлагала особую быструю зарядку — док-станцию массой 2 кг, которая могла зарядить аккумулятор DynaTAC 8000X всего за час! При этом телефон почти не нагревался, а батарея не деградировала. Фактически быстрая зарядка телефонов появилась не «вчера», а 37 лет назад.
Первый портативный телефон Motorola DynaTAC 8000X и опциональная 2-килограммовая быстрая зарядка для него. Источник: Redrum0486 / Wikipedia, Redfield-1982 / DeviantArt
Пока в первой половине 1990-х мобильники осваивали новые компактные никель-металлогидридные батареи, на рынке аккумуляторов незаметно произошла настоящая революция: в 1991 году Sony выпустила первую литий-ионную батарею, шедшую в комплекте с пленочной видеокамерой CCD-TR1. Литий-ионные аккумуляторы превосходили предшественников по сроку жизни и энергетической плотности. Помимо этого, в них отсутствовал «эффект памяти», что наконец дало покупателям портативной электроники возможность по-новому заряжать свою технику — не дожидаясь полной разрядки батареи и не заряжая её до конца.
С приходом литий-ионных аккумуляторов время работы телефонов в режиме ожидания возросло до дней и даже недель против одного-двух дней ранее. Эпоха «прожорливых» карманных персональных компьютеров (КПК) и тем более смартфонов ещё не пришла, поэтому подзарядка телефона раз в неделю была обычным делом — необходимости в «быстрой» зарядке просто не было. Но прогресс не стоял на месте, и в конце 1990-х годов в продажу поступили литий-полимерные аккумуляторы. Первым телефоном с литий-полимерной батареей стал легендарный Ericsson T28 1999 года выпуска.
Ericsson T28 впечатлял своей «худобой» — всего 15,2 мм в толщину, что по тем временам было очень мало. Благодарить за это стоило новый литий-полимерный аккумулятор. Источник: Holger.Ellgaard / Wikipedia
Это был не новый тип батарей, а лишь небольшой апгрейд литий-ионных ячеек: жидкий электролит в них заменили на твёрдый или гелеобразный, что увеличило энергетическую плотность. Но повышенная энергоплотность дала возможность делать более тонкие аккумуляторы с прежней ёмкостью. Или более ёмкие в прежних размерах. Ёмкость батарей заметно увеличилась, а вот скорость их зарядки не изменилась. В комплекте со смартфонами чаще всего шли максимально дешёвые ЗУ с выходной мощностью около 5 Вт, которым требовалось до трёх часов на восполнение заряда ёмкого аккумулятора. Даже если пользователи покупали адаптеры с мощностью 10 Вт, контроллер питания смартфонов не всегда соглашался подавать на батарею такую мощность, оставаясь верным безопасному профилю 5 В / 1 А. Необходимость заряжать смартфон в течение мучительно долгих нескольких часов заставила шестерёнки прогресса шевелиться — в начале 2010-х годов производители мобильных устройств активно искали способы быстрой подзарядки аккумуляторов. И таки нашли.
Быстрая зарядка: будущее, которое наступило
В конце ХХ века на зарядку телефона в среднем уходило полтора-два часа, но мобильные телефоны работали на одном заряде по несколько дней. Смартфон с огромной для начала 2010-х годов ёмкостью батареи 2000 мА·ч мог быть посажен «в ноль» меньше чем за день — спасибо требовательным играм, потоковому видео и быстрому мобильному интернету.
Так называемая «медленная» зарядка через USB по стандарту USB Battery Charging допускает повышение силы тока зарядного устройства до 2 А при напряжении 5 В, но даже два часа на подзарядку большого смартфона — это слишком долго.
Пожалуй, самый знаменитый блок питания для смартфонов — 5-ваттный зарядник из комплекта iPhone. Из-за малой мощности и проистекающей из этого бесполезности ЗУ со временем перешло в разряд «электронного мусора». В итоге Apple убрала его из комплекта iPhone и Apple Watch. Источник: Apple
В 2012 году был принят стандарт USB Power Delivery, который регламентировал передачу через интерфейс USB напряжения до 20 В и токов до 5 А. Правда, для высоких мощностей требуются высококачественные сертифицированные кабели. На основе спецификаций Power Delivery производители чипов принялись разрабатывать собственные решения для быстрой зарядки смартфонов. Раньше всех это удалось сделать телекоммуникационному гиганту Qualcomm, чей протокол Quick Charge 2.0 стал усовершенствованной версией Power Delivery — в отличие от родительского стандарта, Quick Charge 2.0 работал с любыми кабелями и разъемами Micro-USB 2.0.
Принцип работы Quick Charge 2.0 заключался в поэтапной подаче на аккумулятор повышенного вплоть до 12 В напряжения при постоянном токе до тех пор, пока не зарядится примерно половина батареи. После этого напряжение спадает и скорость зарядки уменьшается, что снижает перегрев смартфона и аккумулятора вместе с ним.
Сейчас актуальна уже пятая версия Quick Charge: Qualcomm обещает зарядить смартфон до 50% за 5 минут и до 100% за 15 минут. Всё потому, что Quick Charge 5.0 предусматривает передачу мощности на смартфон вплоть до 100 Вт. Причём без перегрева аккумулятора — смартфон будет разогреваться не выше чем до 40 °C.
Qualcomm Quick Charge — закрытый лицензируемый стандарт. Он поддерживается только системами-на-чипе Qualcomm Snapdragon, на которых, впрочем, построено порядка 40% современных Android-смартфонов. Также Quick Charge должен поддерживаться зарядным устройством. Добавление Quick Charge в блок питания сказывается на его цене совсем незначительно. Блоки питания с этой технологией обязательно помечаются логотипом с молнией, а сам зарядный порт выделяется цветом.
В Anker PowerPort Speed 5 два разъёма поддерживают Qualcomm Quick Charge — они выделены синим цветом и сопровождаются логотипом технологии (на другом боку ЗУ). Источник: Anker
На основе Quick Charge другими компаниями были разработаны как бы собственные, но полностью совместимые технологии быстрой зарядки: Motorola TurboPower, Xiaomi Mi Fast Charging, Samsung Adaptive Fast Charging, Asus BoostMaster и Vivo Dual-Engine Fast Charging. По сути, они ничем не отличаются от Quick Charge кроме имён, и потому прекрасно работают в паре с блоками питания с поддержкой Quick Charge.
В противовес зарядке повышенным напряжением право на жизнь заслужил и другой подход — зарядка аккумуляторов повышенными токами при обычном напряжении в 5 В. По этому пути, например, пошла китайская BBK Electronics, которой принадлежит бренд OPPO. Технология VOOC (Voltage Open Loop Multi-step Constant-Current Charging) подаёт на смартфон стандартное для USB напряжение 5 В, но с током не менее 4,0 А. Третья версия VOOC принесла поддержку токов до 5,0 А, а четвёртая версия — до 6,0 А. VOOC под другими именами пришла в смартфоны других брендов BBK Electronics: OnePlus Dash Charge, Vivo Super FlashCharge и Realme Dart Charge.
Маленькие зарядные устройства на 5 Вт из комплекта iPhone за ненадобностью часто даже не вынимают из коробки. Anker PowerPort III Nano при схожих размерах заряжает iPhone с максимальной для него мощностью 18 Вт. Источник: Anker
VOOC и её аналоги работают в паре со специальными аккумуляторами, поделенными на секторы. Батарея с поддержкой этой технологии несёт восемь контактных площадок, через которые параллельно ведётся зарядка нескольких секторов одной батареи.
Так как напряжение заряда через VOOC стандартное, телефону нет нужды снижать его для подачи на аккумулятор, а значит контроллер не будет заниматься понижением, выделяя вредное для батареи тепло. То есть с точки зрения здоровья аккумулятора VOOC более безопасна, чем Quick Charge. Ещё одним преимуществом оказалось то, что при использовании смартфона во время зарядки по VOOC он не перегревается. А вот аппараты с Quick Charge до версии 5.0 лучше не использовать во время подзарядки, иначе смартфоны начинают греться и контроллер питания в целях безопасности снижает напряжение и замедляет зарядку.
VOOC выглядел слишком хорошо до тех пор, пока пользователь не узнавал, что для работы технологии необходим специальный кабель с более толстыми жилами для передачи высоких токов и дополнительным сигнальным контактом на коннекторе.
Для работы технологии быстрой зарядки OPPO VOOC и её аналогов необходим вот такой нестандартный кабель. Кабели со штекером USB-C вместо Micro-USB 2.0 тоже несут дополнительный пин. Источник: AliExpress
Anker PowerIQ — один стандарт, чтоб править всеми
Как вы понимаете, комплектные зарядные устройства к смартфонам всегда поддерживают одну технологию быстрой зарядки (ну, и её «копии»). Если вы являетесь счастливым обладателем гаджетов от разных компаний, например, Apple iPad Pro с Power Delivery, Samsung GALAXY S9 с Adaptive Fast Charging, то зарядка от одного гаджета будет заряжать другой гаджет в медленном режиме.
Для «зоопарка» устройств от разных брендов полезно купить один универсальный адаптер с несколькими выходами для одновременной зарядки всех гаджетов — такой, чтобы зарядное устройство понимало, с каким стандартом быстрой зарядки работает подключенный гаджет, и начинало зарядку согласно этому стандарту.
А вот вам памятка. В этой таблице собраны спецификации самых популярных технологий быстрой зарядки смартфонов в сравнении со всеми версиями USB. Источник: Anker
Во всех зарядках Anker за это отвечает технология Anker PowerIQ. Например, Anker PowerPort Atom III имеет выходы USB-C и USB-A, каждый из которых отмечен значком PowerIQ 3.0 и PowerIQ 2.0 соответственно. К этим выходам можно подключать смартфоны, планшеты и даже ноутбуки с поддержкой USB Power Delivery, Qualcomm Quick Charge и их аналогами — во всех случаях адаптер выберет максимально допустимый режим питания, будь то 5 В / 2,4 А, 9 В / 2 А или даже 12 В / 1,5 А.
Незаменимым помощником в таком случае может стать Anker Powerport III Nano 20W. Это самое тонкое и лёгкое зарядное устройство в линейке Anker. Новинка подойдёт практически к любому устройству Apple и Android и избавит от необходимости иметь персональное ЗУ для каждого гаджета. Оно оснащено одним единственным портом USB-C, способным выдавать до 20 Вт энергии с использованием стандарта Power Delivery. Инженеры Anker Innovations уместили 20Вт в адаптер размером 2,74 х 3,00 см, что сопоставимо с размером 5 рублевой монеты.
В каждом зарядном устройстве Anker с технологией PowerIQ есть чип, который связывается с подключенным гаджетом и выбирает наиболее эффективный для него протокол питания. Например, PowerIQ 3.0 работает с Power Delivery, Quick Charge и Apple Fast Charging. При подключении смартфона чип PowerIQ отправляет команды, которыми предлагает смартфону по очереди поддерживаемые протоколы питания. Если смартфон отвечаёт, что может работать с Power Delivery или Quick Charge, зарядное устройство Anker передаёт данные о поддерживаемом выходном напряжении и токе. Смартфон выберет из предложенных оптимальный для себя режим питания и отправит команду об этом в зарядное устройство. После этого ЗУ Anker будет регулировать напряжение в соответствии с выбранным профилем, а смартфон — потреблять ток в соответствии с протоколом.
Anker PowerPort Atom III может зарядить хоть смартфон, хоть ноутбук, причём с максимально возможной для них скоростью. На выход USB-C подаётся 45 Вт, а на USB-A 15 Вт, причём одновременно. Источник: Anker
Несколько мифов о зарядке аккумуляторов
Пользователи смартфонов до сих пор спорят в интернете о вреде быстрой зарядки для аккумуляторов. Одни упирают на то, что любое отклонение от годами проверенного сочетания 5 В / 2 А (10 Вт) вредит батарее, другие приводят результаты исследований, доказывающих, что подача на телефон мощности даже в 30 Вт если и влияет на здоровье аккумулятора, то крайне незначительно. Этот и ещё несколько мифов о зарядке аккумуляторов мы сейчас безжалостно разгромим.
Конечно, высокие токи заряда и разряда не идут батареям на пользу. Но стоит ли опасаться заряжать гаджет таким образом или негативный эффект от этого если и проявится, то ближе к концу жизни самого смартфона? Ежедневная зарядка в самом щадящем режиме (5 В / 1 А) уменьшит ёмкость литий-полимерной батареи примерно на 10-15% за 400 циклов, что соответствует одному-полутора годам использования устройства. По достижению 500 циклов батарею телефона рекомендуется менять, так как по мере старения ёмкость элемента питания падает не линейно, а по экспоненте.
Влияние быстрой зарядки на износ аккумулятора было проверено специалистами SLAC National Accelerator Laboratory (лаборатория при Стэнфордском университете) еще в 2014 году. Результаты исследования показали, что состояние анода и катода не меняется в зависимости от скорости зарядки аккумулятора. В 2020 году сотрудники сайта DDay.it устроили стресс-тест для смартфона OPPO Find X2 Pro с технологией VOOC. В течение полутора месяцев телефон заряжали адаптером мощностью 65 Вт, за время испытания аккумулятор пережил 248 циклов. Для быстрой разрядки в телефоне создавали искусственную предельную нагрузку, от которой устройство нагревалось до вредных 44 °C. В конце эксперимента батарея потеряла порядка 15% ёмкости, хотя изначально предполагалось, что деградация составит до 35%. Если бы не высокие нагрузки и опасная для аккумулятора температура, падение ёмкости было бы ещё меньше.
Удивительно, что даже в 2020 году среди неопытных пользователей смартфонов гуляют застарелые мифы о «правильной» зарядке. Например, некоторые до сих пор после покупки телефона проводят «раскачку» батареи, несколько раз заряжая устройство до конца и разряжая его до нуля, как это рекомендовалось в начале 1990-х для никель-металлогидридных ячеек. Это якобы помогает задействовать всю ёмкость нового аккумулятора, и если этого не сделать, то смартфон, мол, будет разряжаться раньше, чем должен. Кто-то также называет этот процесс «калибровкой контроллера питания».
На самом деле литий-ионным батареям не нужна никакая «тренировка» перед началом использования устройства, несколько циклов полной зарядки и разрядки вообще никак не повлияют на ёмкость батареи и ни на минуту не увеличат возможное время автономной работы. Контроллер прекрасно знает, с какой ёмкостью ему предстоит работать, да к тому же иногда сам, без участия пользователя, проводит калибровку по мере деградации батареи.
Вырезка из инструкции к Motorola StarTAC. В ней ясно прописано, что никель-металлогидридную батарею перед началом использования надо «раскачать». Телефон также комплектовался литий-ионными батареями, но об их «раскачке» в инструкции ни слова
Легенда о важности «раскачки» аккумуляторов до сих пор питает миф об эффекте памяти. Сам по себе эффект памяти, когда ёмкость элемента теряется из-за частых подзарядок не до конца разряженной батареи, действительно существует. Вот только и ранние литий-ионные, и современные литий-полимерные элементы питания этим эффектом практически не обладают (его проявление ничтожно мало). Эффекту памяти подвержены устаревшие никель-кадмиевые и в меньшей степени никель-металлогидридные аккумуляторы, которые не используются в гаджетах с конца 1990-х годов.
Эффект памяти проявляется из-за укрупнения кристаллов рабочего вещества никель-кадмиевого аккумулятора. Чем крупнее кристаллы, тем меньше общая площадь поверхности. Чем меньше площадь, тем меньше ёмкость батареи. В литий-ионных аккумуляторах укрупнения кристаллов не происходит. На схематичном изображении показаны слева здоровый электрод, а справа электрод с выросшими кристаллами. Источник: Anker
Третий миф гласит, что смартфоны нельзя оставлять подключенными к зарядному устройству надолго, например, на ночь — будто бы батарея перезаряжается сверх меры, отчего теряет ёмкость и даже может загореться. В принципе, в начале 1990-х такое мнение ещё имело право на жизнь, но сейчас, в эпоху литий-ионных батарей с контроллерами нет вообще никакой разницы, как долго вы держите смартфон подключенным к розетке. Затем и придуман контроллер питания, чтобы не допускать перезаряда. Когда аккумулятор заряжен, контроллер видит это и переходит в режим сбережения заряда, снижая потребляемый ток до околонулевых значений.
Ёмкость аккумуляторов мобильных телефонов за четверть века выросла в прямом смысле на порядок, как выросли и «аппетиты» гаджетов. Прогресс в области элементов питания движется не так быстро, как в области графических процессоров или памяти, однако нынешние литий-полимерные аккумуляторы — это настоящее чудо, требующее лишь качественного питания.
Чтобы раскрыть потенциал батареи полностью, наслаждаться безопасной и быстрой зарядкой, следует подобрать хорошее зарядное устройство — комплектные адаптеры смартфонов из экономии чаще всего отвечают только минимальным требованиям для зарядки. Вдвойне разумно завести дома многопортовый универсальный зарядный блок, работающий с несколькими протоколами быстрой зарядки и имеющий выходы USB-A и USB-C для самой современной и устаревающей техники.