О быстрой зарядке для смартфонов

Читатель с ником iDiver прочитал наши споры по поводу быстрых зарядок и прислал письмо, в котором постарался аккуратно все разложить по полочкам. С его любезного разрешения публикую письмо здесь - для тех, кто хочет разобраться.

Что-то накипело по поводу быстрых зарядок и того сумбура, который накопился в головах читателей, не очень глубоко погруженных в электротехнические темы, хочется немного прояснить.

1. Напряжение и ток на аккумуляторе

В телефоне используется Li-Ion аккумулятор, напряжение которого 4В. Это, условно, номинальное напряжение. В конце процесса зарядки туда может подаваться до 4,25В, но уже через час-другой после отключения зарядного устройства напряжение будет примерно таким.

Попытка подать на аккумулятор бОльшее напряжение приведет к резкому увеличению тока, перегреву и деградации. Соответственно, заряжать его можно исключительно таким напряжением. Это аксиома. Далее, если бы мы заряжали аккумуляторы в идеальных условиях, то мы бы взяли источник напряжения и регулировали ток в каких-то пределах, в зависимости от емкости, технологии производства, текущей температуры аккумулятора итд. Однако, чтобы быстро зарядить аккумулятор, требуются довольно большие токи. Например, чтобы зарядить аккумулятор емкостью 5000 мАч, допустим, за 1 час, нам понадобится ток 5А. На такой ток не рассчитан ни кабель, ни разъем телефона.

2. Напряжение и ток быстрых зарядок

Тогда производители придумали стандарты быстрой зарядки, Quick Charge, в которых напряжение может достигать 20В.

Но аккумулятор-то надо заряжать напряжением 4В, поэтому в смартфоне установлен драйвер заряда аккумулятора, который преобразует небольшой ток относительно высокого напряжения в большой ток напряжения 4В.

Зачем же тогда эти 20В? А помните, были целые серии статей о тестировании различных USB кабелей? Так вот, высокое напряжение нужно ровно для того, чтобы можно было передавать большую мощность по тонкому кабелю. И в начале процесса зарядки идет согласование зарядного устройства с телефоном, когда контроллеры определяют совместимые режимы зарядки. 

И тут, кстати, есть проблема с телефонами, оснащенными user-frendly разъемом USB Type-С: они очень ограниченно поддерживают эти самые QC 2.0 и 3.0, и, по сути, требуют толстого кабеля для быстрой зарядки. И только стандарт QC 4+ обещает эту проблему решить. В Xiaomi Mi 9 как раз установлен разъем USB Type-С и заявлено, что он поддерживает QC 4.0, т.е. он должен иметь возможность быстрой зарядки относительно тонким кабелем. (Прим. Экслера: ко мне адаптер с QC 4.0 уже приехал, вот и проверим на Mi 9.)

3. Тепловая деградация аккумуляторов

Не буду говорить за все телефоны, но в Xiaomi Mi Max 2 стоит защита от перегрева аккумулятора, поэтому, как только температура аккумулятора приближается к 40 градусам, происходит уменьшение тока зарядки. Например, когда я заряжаю телефон с остаточным зарядом 30% не вынимая его из силиконового бампера, то такая температура может быть достигнута жарким летом и к 40-50% заряда ток падает, растет время заряда. После снижения температуры аккумулятора до 35 градусов, ток заряда снова начинает расти. 

Можете установить себе на телефон программку Ampere и все увидеть собственными глазами: и по какому протоколу идет зарядка (не у всех телефонов отображается корректно), и какое сейчас напряжение, и какой ток, и какая температура аккумулятора.

Если на вашем телефоне температура аккумулятора либо поднялась выше 40 градусов, либо не отображается, это повод заподозрить, что производитель не контролирует этот параметр при зарядке, что может приводить к повышенной деградации аккумулятора.

4. Увеличение количества циклов заряда 

Было несколько комментариев, где народ рекомендует держать уровень заряда аккумулятора в пределах 65-75% общей емкости, при этом количество циклов заряд-разряд увеличивается аж в 10-15 раз!. Ну, не поспоришь, вот только и количество запасенной энергии падает в те же 10 раз. Т.е. реального увеличения жизни аккумулятора почти не происходит, происходит только увеличение энтропии за счет усилий по поддержанию этого заряда в указанных пределах.

Про беспроводные технологии я ничего не знаю, у меня пока не было телефонов с беспроводной зарядкой, и разбираться пока лень, но базовые принципы там ровно те же самые, законы физики не обойти. Да и построены они, наверняка, поверх существующих технологий быстрой зарядки.

(от Экслера) Вот только по поводу абзаца "Не буду говорить за все телефоны, но в Xiaomi Mi Max 2 стоит защита от перегрева аккумулятора, поэтому, как только температура аккумулятора приближается к 40 градусам, происходит уменьшение тока зарядки. Например, когда я заряжаю телефон с остаточным зарядом 30% не вынимая его из силиконового бампера, то такая температура может быть достигнута жарким летом и к 40-50% заряда ток падает, растет время заряда. После снижения температуры аккумулятора до 35 градусов, ток заряда снова начинает расти."  готов поспорить.

Вполне верю, что в разных смартфонах есть встроенная защита от перегрева. Однако все технологии быстрой зарядки построены на том, что в самом начале зарядки мощность максимальная (то-то производители так любят указывать время зарядки до 50-70%), но по мере наполнения батареи мощность начинает заметно падать (чтобы сохранить батарею), причем это совершенно не зависит от перегрева.

Я много раз по прибору следил за параметрами быстрой зарядки разных смартфонов - всегда сначала было на максимуме, а потом мощность заметно снижалась и после 70% была уже совсем небольшой. Собственно, вот в этой статье я о данном принципе и писал.