D.I.Y.

Вредна ли быстрая зарядка смартфона для его аккумулятора?

Чтобы ответить на этот вопрос необходимо рассмотреть 3 фактора:

• Первый фактор: Химия батареи и её ограничения.

  • В смартфонах чаще всего применяются Li-Ion и Li-Pol батареи, которые очень похожи друг на друга с точки зрения их устройства и химических процессов, хотя Li-Pol батареи могут иметь незначительно более высокое напряжение (до 4.35V). Часто эти оба типа аккумуляторов называют общим термином - литиевые батареи. Существуют еще LiFePo4 батареи также относящиеся с к литиевым, но они имеют иное напряжение (3.65V макс.), меньшую плотность энергии и по этой причине для смартфонов пока не применяются.

  • Долгое время для Li-Ion батарей существовало правило, что ток заряда/разряда не должен превышать 0.5-1С т.е. силой тока 0.5-1А на 1000mAh емкости. Со временем химия батарей изменилась, используются иные электролиты и материалы электродов, что позволило некоторым производителям создать высоко-токовые батареи способные без ущерба выдерживать ток до 6C (OPPO), 8-12C (Infinix) и даже до 15С (Xiaomi, vivo) на ячейку.

• Второй фактор: температура.

  • Температура является, пожалуй, основным фактором, влияющим на долголетие и стабильную работу батарей. Температура образуется:

    • в самой батарее во время её заряда и зависит от её химии и совершенства технологии изготовления батареи (см. первый фактор)

    • в контроллере заряда во время преобразования напряжения поступающего от зарядного устройства до уровня напряжения батареи​

    • в компонентах смартфона во время их работы (процессор, память и т.д.).

  • Отвод температуры (охлаждение) является важной инженерной задачей и часто металлический корпус смартфона выступает в роли радиатора.

  • Контролировать температуру внутренних компонентов и особенно батареи очень важно, поэтому всегда устанавливаются сенсоры температуры на батарею и в случае превышения заданного температурного порога, зарядный ток уменьшается либо прекращается вовсе, а в особо критичных случаях выключается смартфон.

• Третий фактор: технология/протокол заряда аккумулятора.

  • Существует множество различных протоколов заряда аккумуляторов, которые появлялись и развивались следом за развитием технологий изготовления батарей и контроллеров заряда. Первые протоколы, такие как DCP, QC2.0, PD предоставляют ток фиксированного напряжения от зарядного устройства в заряжаемое. Каким будет это напряжение и с какой силой тока будет происходит заряд (в рамках доступных фиксированных вариантов, предлагаемых зарядным адаптером) определяет контроллер заряда смартфона. Например 5V1.5A или 9V3A.

  • Со временем появились более эффективные протоколы быстрой зарядки, например такие как PPS (используется смартфонами Samsung, Google Pixel) и подобные ему (QC3,4,5, UFCS), а также проприетарные (Samsung SFC, OPPO VOOC/SuperVOOC, Xiaomi Hypercharge). Данные протоколы выгодно отличаются от предыдущих тем, что позволяют гибко изменять напряжение и ток в рамках разрешенного диапазона, например 3.3-21V-5A и передавать напрямую в аккумулятор электрический ток нужного напряжения и силы без его преобразования, что значительно снижает общий нагрев устройства (потери на преобразования напряжения могут составлять до 10% что приводит к заметному нагреву смартфона, включая его батарею). Применение таких протоколов быстрой зарядки позволяет значительно поднять мощность заряда сохранив при этом приемлемую температуру аккумулятора во время процесса заряда.

  • Заряд батареи происходит по схеме CC/CV т.е. в начале цикла разряженная батарея заряжается максимально высокой силой тока допустимой для батареи (с постоянным контролем температуры), а по достижению максимально разрешенного для конкретной батареи напряжения (например 4.2V) фиксируется напряжение, а сила тока постепенно снижается. В конце цикла заряда сила тока заряда падает практически полностью и поддерживается постоянный уровень напряжения, очень малым током.

  • Важно отметить, что протокол заряда определяется во время установки соединения между зарядным адаптером и заряжаемым устройством. При этом не только зарядный адаптер и смартфон должны поддерживать нужный протокол (и его версию), но и в некоторых случаях кабель должен позволять это делать. Например, для максимального заряда топовых устройств Samsung требуется UsbC-UsbC кабель e-maker чипом и рейтингом 100W или 240W т.к. ток может достигать 5А, при этом обычный UsbC-UsbC кабель без e-maker чипа (60W) разрешает ток только силой 3А, что не позволяет полностью реализовать потенциал быстрой зарядки смартфона.

• Выводы:

  • Использование протоколов заряда, использующих прямой заряд батареи без преобразования напряжения (PPS и ему подобные) является намного более эффективным, выделяющим наименьшее количество тепла во время заряда и наиболее предпочтительным с точки зрения продления срока службы аккумулятора способом заряда.

  • Контроллер заряда батареи такой же важный компонент системы, как и сама батарея и отвечает за её сохранность. Контроллер выбирает наилучший из доступных протоколов заряда, подбирает оптимальный ток заряда исходя из уровня заряда батареи, а также учитывает характеристики и ограничения батареи, допустимый диапазон рабочих температур, что в итоге обеспечивает приемлемый результат даже в работе с более простыми и старыми протоколами быстрой зарядки.

​ ​​​​​​​